Gépelemek és ábrázolás Lisztes, István, Pannon Egyetem

Gépelemek és ábrázolás

Lisztes, István, Pannon Egyetem

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Gépelemek és ábrázolás írta Lisztes, István Publication date 2012 Szerzői jog © 2012 Pannon Egyetem A digitális tananyag a Pannon Egyetemen a TÁMOP-4.1.2/A/2-10/1-2010-0012 projekt keretében az Európai Szociális Alap támogatásával készült.

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Tartalom 1. Bevezetés ........................................................................................................................................ 1 2. Szabványok ..................................................................................................................................... 2 1. Bevezetés .............................................................................................................................. 2 2. Példák szabványokra ............................................................................................................. 2 3. Szabvány definíciói ............................................................................................................... 4 4. A szabványok fontosabb jellemzői ....................................................................................... 4 5. Szabványokban megtestesülő elvek ...................................................................................... 6 6. Szabványok hatókörei (szintjei) ............................................................................................ 8 7. Szabványok azonosítása ........................................................................................................ 9 8. Szabványok keresése tárgyuk alapján (ICS kódok) ............................................................ 10 9. Történelmi áttekintés ........................................................................................................... 11 3. Műszaki rajz, géprajz .................................................................................................................... 13 1. Bevezetés ............................................................................................................................ 13 2. Rajzfajták ............................................................................................................................ 13 3. Jellegzetes rajzi elemek ....................................................................................................... 16 4. Térbeli testek leképezése síkba ........................................................................................... 17 5. Ábrázolási módok ............................................................................................................... 18 6. Vetületi (géprajzi) ábrázolás ............................................................................................... 19 7. Műszaki rajzok alaki követelményei ................................................................................... 21 8. Fontosabb géprajzi eszközök .............................................................................................. 23 4. Rudak szilárdságtana .................................................................................................................... 31 1. Feszültség fogalma .............................................................................................................. 32 2. Igénybevétel fogalma .......................................................................................................... 34 3. Sík keresztmetszetek elve ................................................................................................... 35 4. Húzó igénybevétel ............................................................................................................... 36 5. Nyomó igénybevétel ........................................................................................................... 37 6. Hajlító igénybevétel ............................................................................................................ 38 7. Csavaró igénybevétel .......................................................................................................... 39 5. Anyagvizsgálatok ......................................................................................................................... 41 1. Szakítóvizsgálat .................................................................................................................. 41 2. Keménységmérési eljárások ................................................................................................ 46 3. Charpy-féle ütővizsgálat ..................................................................................................... 49 6. Fémes szerkezeti anyagok ............................................................................................................ 51 1. Fémek kristályszerkezete .................................................................................................... 51 2. Fémes ötvözetek kristályszerkezete .................................................................................... 52 3. Fémek szövetszerkezete ...................................................................................................... 53 4. Színfémek kristályosodása .................................................................................................. 54 5. Kétalkotós ötvözetek kristályosodása ................................................................................. 55 6. Vasötvözetek ....................................................................................................................... 56 7. Metastabil átalakulás szövetelemei ..................................................................................... 58 8. Szövetelemek gyors hűtés esetén ........................................................................................ 60 7. Acélok hőkezelése ........................................................................................................................ 63 1. Feszültségcsökkentő hőkezelés ........................................................................................... 63 2. Egyszerű lágyítás ................................................................................................................ 64 3. Edzés ................................................................................................................................... 65 4. Betétedzés ........................................................................................................................... 66 5. Nemesítés ............................................................................................................................ 66 6. Normalizálás ....................................................................................................................... 67 8. Csavarkötések ............................................................................................................................... 69 1. Csavarkötés általános jellemzése ........................................................................................ 69 2. Csavarvonal ......................................................................................................................... 71 3. Szabványos menetfajták ...................................................................................................... 72 4. Menetábrázolás ................................................................................................................... 78 5. Szabványos csavarfajták ..................................................................................................... 78 6. Csavaralátétek ..................................................................................................................... 80 7. Csavarbiztosítások .............................................................................................................. 83

iii Created by XMLmind XSL-FO Converter.


9. Szegecskötések ............................................................................................................................. 87 1. Tömör szegecs ..................................................................................................................... 88 2. Csőszegecs .......................................................................................................................... 90 3. POP-szegecs ........................................................................................................................ 91 4. Zárógyűrűs szegecs ............................................................................................................. 92 5. Vágószegecs ........................................................................................................................ 93 6. Szegecsanya ........................................................................................................................ 93 7. Lemezek csatlakozási lehetőségei szegecselt kötésnél ........................................................ 93 10. Forrasztás .................................................................................................................................... 95 1. Lágyforrasztás ..................................................................................................................... 95 2. Keményforrasztás ................................................................................................................ 96 3. Forrasztott kötés kivitelezése .............................................................................................. 96 4. A forrasztás tulajdonságai ................................................................................................... 97 11. Hegesztés .................................................................................................................................... 98 1. Bevont elektródás kézi ívhegesztés ..................................................................................... 98 2. Lánghegesztés (gázhegesztés) ........................................................................................... 100 3. AWI-hegesztés (TIG-hegesztés) ....................................................................................... 102 4. AFI-hegesztés .................................................................................................................... 103 5. Kovácshegesztés ............................................................................................................... 103 6. Leolvasztó tompahegesztés ............................................................................................... 104 7. Ponthegesztés .................................................................................................................... 104 8. Hegesztési varratok fajtái .................................................................................................. 105 12. Tengelyek ................................................................................................................................. 107 1. Tengelyek csoportosítása a közvetített csavaró igénybevétel szerint ................................ 107 2. Tengelyek csoportosítása alakjuk szerint .......................................................................... 108 13. Tengely-agy kötések ................................................................................................................. 113 1. Ékkötés .............................................................................................................................. 113 2. Reteszkötés ........................................................................................................................ 116 3. Bordáskötés ....................................................................................................................... 117 14. Tengelytömítések ...................................................................................................................... 118 1. Tömszelencés tömítés ....................................................................................................... 119 2. Csúszógyűrűs tömítés ........................................................................................................ 121 3. O-gyűrű ............................................................................................................................. 122 4. Radiális tengelytömítés (szimering) .................................................................................. 123 15. Csapágyak ................................................................................................................................. 125 1. Siklócsapágyak .................................................................................................................. 126 2. Gördülőcsapágyak ............................................................................................................. 129

iv Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Az ábrák listája 2.1. Ruhák kezelésének alapjelei ........................................................................................................ 2 2.2. Példa a kezelési jelképek alkalmazására ...................................................................................... 3 2.3. A4 és A3 jelű szabványos rajzlapok méretei mm-ben ................................................................. 3 2.4. Egy szabvány előlapja ................................................................................................................. 5 2.5. Az Európai Szabványügyi Bizottság logója ................................................................................ 8 2.6. Példa ICS kódra ......................................................................................................................... 11 3.1. Egypofás fék vázlata .................................................................................................................. 13 3.2. Egy villamos kapcsolási rajz ..................................................................................................... 14 3.3. Fejes csapszeg 3 dimenziós képe (balra) és alkatrészrajza (jobbra) .......................................... 15 3.4. Talpas csőbilincs, gyártmány összeállítási rajz, részlet ............................................................. 15 3.5. Feliratmező és darabjegyzék lehetséges kialakítása .................................................................. 17 3.6. Kép keletkezése, vetítés vetítősugarakkal .................................................................................. 17 3.7. Példa ábrázolási módokra .......................................................................................................... 18 3.8. Vetítési módok: párhuzamos, centrális ...................................................................................... 19 3.9. Kocka vetületi ábrázolása egyetlen képsíkon ............................................................................ 19 3.10. Tárgypont három képe rendezett módon elhelyezve ............................................................... 20 3.11. Térbeli test három képe rendezett módon elhelyezve .............................................................. 20 3.12. Szabványos méretű rajzlapok jelölései és méreteik kapcsolata ............................................... 21 3.13. Ábrázolás két rendezett nézettel, félbevágott cső .................................................................... 24 3.14. Nézetrendtől eltérő helyzetű nézet ........................................................................................... 24 3.15. Résznézet ................................................................................................................................. 25 3.16. Helyi nézet ............................................................................................................................... 25 3.17. Teljes metszet a metszősík jelölése nélkül ............................................................................... 26 3.18. Teljes metszet a metszősík jelölésével ..................................................................................... 27 3.19. Lapos alátét ábrázolása félmetszetben ..................................................................................... 27 3.20. Kitöréses metszet ..................................................................................................................... 28 3.21. Lépcsős metszet ....................................................................................................................... 28 3.22. Befordított szelvény ................................................................................................................. 29 3.23. Nézeten kívüli szelvény a szelvény síkjának jelölése nélkül ................................................... 29 3.24. Nézeten kívüli szelvény a szelvény síkjának jelölésével ......................................................... 30 4.1. Négyzet keresztmetszetű prizmatikus rúd ................................................................................. 31 4.2. Gyakori rúdszelvények .............................................................................................................. 31 4.3. A rúd minden része egyensúlyban van (bal oldali ábra), a rúd levágott része nincs egyensúlyban (jobb oldali ábra) ........................................................................................................................................ 32 4.4. Levágott rúddarab a belső erők feltüntetésével ......................................................................... 33 4.5. Feszültség értelmezése ............................................................................................................... 33 4.6. Normálfeszültség és csúsztatófeszültség értelmezése ................................................................ 34 4.7. Rúdigénybevételek értelmezése ................................................................................................. 35 4.8. Rúdigénybevételek értelmezése ................................................................................................. 35 4.9. Húzott rúdelem viselkedése ....................................................................................................... 36 4.10. Példa húzott rúdra .................................................................................................................... 36 4.11. Nyomott rúdelem viselkedése .................................................................................................. 37 4.12. Példa nyomott rúdra ................................................................................................................. 37 4.13. Hajlított rúdelem viselkedése ................................................................................................... 38 4.14. Példa hajlított rúdra .................................................................................................................. 39 4.15. Csavart rúdelem viselkedése .................................................................................................... 39 4.16. Példa csavart rúdra ................................................................................................................... 40 5.1. Szakító próbatest ........................................................................................................................ 41 5.2. Szakítógép elvi kialakítása ........................................................................................................ 42 5.3. Lágyacél szakítódiagramja ........................................................................................................ 43 5.4. Lágyacél szakítódiagramja ........................................................................................................ 44 5.5. Rideg illetve szívós anyagból készült próbatest szakadás után ................................................. 45 5.6. Brinell keménységmérés elve .................................................................................................... 46 5.7. Poldi-kalapács működési elve .................................................................................................... 47 5.8. Vickers keménységmérés elve ................................................................................................... 48 5.9. Rockwell keménység mérési elve .............................................................................................. 49

v Created by XMLmind XSL-FO Converter.


5.10. Chrarpy-féle ütővizsgálat elrendezése ..................................................................................... 50 6.1. Primitív kristályrács elemi cellák .............................................................................................. 51 6.2. Kristályosodás folyamata ........................................................................................................... 51 6.3. Szilárd oldat típusai ................................................................................................................... 53 6.4. Egy Fe-C ötvözet szövetszerkezete, mikroszkópos felvételen és sematikusan .......................... 53 6.5. Színfém melegítése és hűtése, melynél nincs allotróp átalakulás .............................................. 54 6.6. Színvas melegítése és hűtése, van allotróp átalakulás ............................................................... 54 6.7. Kétalkotós ötvözet hűlési görbéi és egyensúlyi diagramja, „a” típus ........................................ 55 6.8. Kétalkotós ötvözet hűlési görbéi és egyensúlyi diagramja, „b” típus ........................................ 56 6.9. Vas-szén állapotábra, metastabil átalakulás ............................................................................... 57 6.10. Ausztenites szövetszerkezet, mikroszkópos felvétel .............................................................. 58 6.11. Ferrit szemcséket tartalmazó szövetszerkezet .......................................................................... 59 6.12. Perlites acél szövetszerkezete .................................................................................................. 59 6.13. Bainites acél mikroszkópos felvétele ....................................................................................... 60 6.14. Bainit keletkezése izotermás átalakulással .............................................................................. 61 6.15. Martenzites acél mikroszkópos felvétele ................................................................................. 62 6.16. Martenzit keletkezése folyamatos hűtéssel .............................................................................. 62 7.1. Feszültségcsökkentő hőkezelés munkameneti ábrája ................................................................ 63 7.2. Egyszerű lágyítás munkameneti ábrája ...................................................................................... 64 7.3. Vaskarbid lemezek felbomlása, szferoidit kialakulása .............................................................. 64 7.4. 0,76% széntartalmú acél szövetképe lágyítás előtt (balra, perlit), és lágyítás után (jobbra, szferoidit) 65 7.5. Edzés munkameneti ábrája ........................................................................................................ 66 7.6. Nemesítés munkameneti ábrája ................................................................................................. 67 7.7. Normalizálás munkameneti ábrája ............................................................................................. 67 7.8. Kovácsolt alkatrész szövetszerkezete normalizálás előtt (bal oldalon) és normalizálás után (jobb oldalon) ............................................................................................................................................. 68 8.1. Hatlapfejű csavar részei és elnevezések .................................................................................... 70 8.2. Hatlapfejű csavar, hatlapú anya és lapos alátét 3D-s modellje .................................................. 70 8.3. Összecsavarozott csőkarimák, 3D-s modell .............................................................................. 70 8.4. Csavarvonal származtatása ........................................................................................................ 71 8.5. A csavarvonal síkba terítésével egy lejtőt kapunk ..................................................................... 72 8.6. Menetfajták ................................................................................................................................ 72 8.7. Metrikus szelvényű külső menet ................................................................................................ 73 8.8. Normál és finom métermenet jelölése műszaki rajzon .............................................................. 74 8.9. Whitworth szelvényű külső menet ............................................................................................. 74 8.10. DN25 névleges átmérőjű cső .................................................................................................. 75 8.11. Hengeres és kúpos csőmenet jelölése, példa ........................................................................... 76 8.12. Kúpos csőmenet belső menetei ................................................................................................ 76 8.13. Trapézmenet ............................................................................................................................ 76 8.14. Fűrészmenet ............................................................................................................................. 77 8.15. Zsinórmenet ............................................................................................................................. 77 8.16. Menetábrázolás ........................................................................................................................ 78 8.17. Hatlapfejű és alakos fejű csavarok ........................................................................................... 78 8.18. Hatlapfejű és alakos fejű csavarok ........................................................................................... 79 8.19. Hornyos csavarok .................................................................................................................... 79 8.20. Ászokcsavar és hernyócsavar .................................................................................................. 80 8.21. Lapos alátét alkalmazása durva felület esetén ......................................................................... 80 8.22. Lapos alátét alkalmazása horony esetén .................................................................................. 81 8.23. U-alátét alkalmazása ................................................................................................................ 81 8.24. U-alátét és I-alátét .................................................................................................................... 82 8.25. Melegen hengerelt U-acél, I-acél és alátétek ........................................................................... 82 8.26. Orros rugós alátét terheletlenül és összenyomva ..................................................................... 83 8.27. Külső és belső fogazatú alátét .................................................................................................. 84 8.28. Hajlított lemez alátét ................................................................................................................ 84 8.29. Műanyag betétes önbiztosító anya ........................................................................................... 84 8.30. Koronás anya beépítés ............................................................................................................. 85 8.31. Koronás anyák és sasszegek .................................................................................................... 85 9.1. Szegecselt tartószerkezeti kapcsolat .......................................................................................... 87 9.2. Könnyű fémszerkezet POP-szegeccsel kialakított kapcsolata ................................................... 87 vi Created by XMLmind XSL-FO Converter.


9.3. Tömör szegecsek fejkialakításai ................................................................................................ 89 9.4. Tömör szegecs beépítése, zárófej kialakítása ............................................................................ 89 9.5. Kézi szegecshúzó és szegecsfejező ............................................................................................ 89 9.6. Összeszegecselt lemezek ........................................................................................................... 90 9.7. Csőszegecs beépítése ................................................................................................................. 90 9.8. POP-szegecs ............................................................................................................................. 91 9.9. POP-szegecs húzó ...................................................................................................................... 91 9.10. Zárógyűrűs szegecs .................................................................................................................. 92 9.11. Vágószegecs ............................................................................................................................ 93 9.12. Szegecsanya ............................................................................................................................. 93 9.13. Átlapolt szegecskötés ............................................................................................................... 93 9.14. Hevederes szegecskötés ........................................................................................................... 94 10.1. Forrasztott kötés ...................................................................................................................... 95 10.2. Rézcsövek lágyforrasztása ....................................................................................................... 95 10.3. Rézcsövek keményforrasztása ................................................................................................. 96 11.1. Felrakó hegesztéssel kijavított alkatrészek .............................................................................. 98 11.2. Bevont elektródás kézi ívhegesztés ......................................................................................... 99 11.3. Villamos ív környezete ............................................................................................................ 99 11.4. Lánghegesztő berendezés ...................................................................................................... 101 11.5. Hegesztőpisztoly .................................................................................................................... 101 11.6. Vágópisztoly .......................................................................................................................... 101 11.7. AWI-hegesztés ....................................................................................................................... 102 11.8. AWI-hegesztés fényképe ....................................................................................................... 102 11.9. AFI-hegesztés ........................................................................................................................ 103 11.10. Kovácshegesztés .................................................................................................................. 104 11.11. Leolvasztó tompahegesztés .................................................................................................. 104 11.12. Ponthegesztés ....................................................................................................................... 105 11.13. Csatlakozó lemezek fontosabb kötési módjai ...................................................................... 105 11.14. Tompavarratok ..................................................................................................................... 105 11.15. Sarokvarratok ....................................................................................................................... 106 12.1. Villanymotor szíjtárcsával ..................................................................................................... 107 12.2. Futókerék beépítés ................................................................................................................. 107 12.3. Lépcsős tengely ..................................................................................................................... 108 12.4. Közlőmű tengely alkalmazása ............................................................................................... 109 12.5. Forgattyús tengely ................................................................................................................. 109 12.6. Négyütemű benzinmotor főbb részei ..................................................................................... 110 12.7. Négyhengeres belsőégésű motor elemei ................................................................................ 111 12.8. Vezérmű tengely beépítés ...................................................................................................... 111 12.9. Vezérmű tengelyek ................................................................................................................ 112 13.1. Leggyakoribb éktípusok ........................................................................................................ 113 13.2. Fészkes ék horonykialakítása a tengelyben ........................................................................... 114 13.3. Ékszíjtárcsa ékhoronnyal ....................................................................................................... 114 13.4. Beüthető hornyos ék beépítése .............................................................................................. 114 13.5. Orros ék beépítése ................................................................................................................. 115 13.6. Ékkötés erőviszonyai ............................................................................................................. 115 13.7. Fészkes retesz és csatlakozó tengelyvég ................................................................................ 116 13.8. Reteszkötés ............................................................................................................................ 116 13.9. Reteszkötés erőviszonyai. ...................................................................................................... 117 13.10. Bordáskötés metszetben ábrázolva ...................................................................................... 117 14.1. Keverős vegyipari készülék ................................................................................................... 118 14.2. Tömszelencés tömítés ............................................................................................................ 119 14.3. Tömszelencés tömítés működése ........................................................................................... 119 14.4. Levágott tömítőgyűrű ............................................................................................................ 120 14.5. Tömítőzsinór .......................................................................................................................... 120 14.6. Csúszógyűrűs tömítés elvi felépítése ..................................................................................... 121 14.7. O-gyűrű metszeti rajza ........................................................................................................... 122 14.8. O-gyűrű, fénykép ................................................................................................................... 123 14.9. Radiális tengelytömítések ...................................................................................................... 123 15.1. Gördülőcsapágy és siklócsapágy ........................................................................................... 125 15.2. Csapágyak terhelhetőségének irányai .................................................................................... 126 vii Created by XMLmind XSL-FO Converter.


15.3. Siklócsapágy csapágyházba építve ........................................................................................ 15.4. Száraz súrlódás ...................................................................................................................... 15.5. Vegyes súrlódás ..................................................................................................................... 15.6. Folyadéksúrlódás ................................................................................................................... 15.7. Stribeck-diagram ................................................................................................................... 15.8. Gördülőelem típusok ............................................................................................................. 15.9. Mélyhornyú golyóscsapágy beépítve (balra), önállóan (jobbra) ............................................ 15.10. Hengergörgős csapágy ......................................................................................................... 15.11. Kúpgörgős csapágy .............................................................................................................. 15.12. Tűgörgős csapágy ................................................................................................................ 15.13. Tűgörgős csapágyak gyűrűk elhagyásával ........................................................................... 15.14. Kétsoros radiális beálló golyóscsapágy ............................................................................... 15.15. Egyfelé ható axiális golyóscsapágy beépítve .......................................................................

viii Created by XMLmind XSL-FO Converter.

126 127 127 128 128 130 130 131 131 132 132 133 133

1. fejezet - Bevezetés Az elektronikus jegyzet a Pannon Egyetemen oktatott „Gépelemek és ábrázolás” című 3 kredites tantárgy anyagát tartalmazza. A tárgy széles hallgatóság számára nyújt alapvető gépészeti ismereteket. Sok témát érintünk, és ennek az a következménye, hogy a témákban mélyreható ismereteket nem szerezhetünk. Az alapok megismerése azonban hozzásegítheti a hallgatót ahhoz, hogy szükség esetén a részletek megismerésére is bátran vállalkozzon. A tárgyalt témákra vonatkozó részletesebb ismereteket más tantárgyak nyújtanak, illetve azok önálló tanulással is megszerezhetők. A tárgy elnevezésében az ábrázolás szó is szerepel. A műszaki ábrázolással egy önálló fejezet is foglakozik, de a többi fejezetnél is törekedtünk arra, hogy fejlesszük a hallgatók rajzi készségét. Az ábrák többsége viszonylag egyszerű, vonalas jellegű, szabadkézzel is lerajzolható. Célszerű, ha ezeket a hallgató önállóan az órán, vagy otthon, ceruzával, szabadkézzel elkészíti. A tapasztalat ugyanis az, hogy a megértéshez nem elegendő az ábrák szemlélése, azokat le is kell rajzolni.

1 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

2. fejezet - Szabványok 1. Bevezetés Természetes emberi törekvés, hogy tevékenységeinket minél hatékonyabban szeretnénk elvégezni. Egy alkatrészt minél kisebb költséggel vagy anyagfelhasználással szeretnénk gyártani, egy gépet minél rövidebb idő alatt szeretnénk összeszerelni, egy gép használata minél biztonságosabb legyen. A hatékonyság mértéke tehát sokféle lehet: költség, idő, anyagfelhasználás, biztonság, stb. Ha egy közösség összetett tevékenységet szeretne hatékonyan végezni, akkor a résztvevők tevékenységeit össze kell hangolni, ez pedig szabályok bevezetését jelenti. Az árutermelés tipikusan ilyen tevékenység, ezért szabályok segítségével tesszük hatékonnyá az árutermelést. Ezek a szabályok dokumentumokban vannak rögzítve, melyeket szabványoknak nevezünk.

A szabványok tehát olyan dokumentumok, melyekben az árutermelés hatékonyságát biztosító szabályok vannak rögzítve. A szabvány fogalmára létezik jogszabályban és szabványban előírt definíció is, melyek a szabványok lényeges jellemzőit sorolják fel. Ezeket a későbbi fejezetekben közöljük. A fenti meghatározás inkább a szabványokkal elérhető célt hangsúlyozza. Ez a cél pedig az árutermelés hatékonysága. Köztudott, hogy a gyártás hatékonysága (gazdaságossága) alapvetően függ a sorozatnagyságtól. Ha egy adott termékből csak keveset készítünk, akkor az lényegesen drágább, mintha nagy sorozatban készül. Nagy sorozat gyártása speciális technológiát igényel, ezért a gyártók szűk termékkör gyártására specializálódnak és egy összetett termék sok gyártó közös munkájának eredménye. Tehát a hatékony árutermelés nagy sorozatú gyártást feltételez, az pedig nagyfokú munkamegosztást. Például egy kerékpár típusból általában több ezret, vagy több tízezret adnak el. A kerékpáron felhasznált elemek többsége is nagy sorozatban készül, például a lánc, csapágyak, váltó, gumiköpeny, küllők. A gyártók földrajzilag is távol vannak egymástól, ennek ellenére a szerkezeti elemek megfelelően illeszkednek egymáshoz és összehangoltan működnek. Szabványok nélkül ez nem lenne lehetséges. A szabványok előírásaiban olyan elvek testesülnek meg, melyek lehetővé teszik a nagyfokú munkamegosztást. Ilyen elvek például: választékrendezés, kompatibilitás, csereszabatosság, kölcsönös megértés, stb. Ezeket a későbbi fejezetekben részletesebben is megvizsgáljuk. Mivel a szabványokat széles körben alkalmazzák, ezért ennek eredménye az, hogy egymáshoz hasonló termékek, megoldások születnek, ezért azt is mondhatjuk, hogy a szabványok egységesítenek, tipizálnak, rendező hatásuk van..

2. Példák szabványokra A szabványokat hivatkozási számmal azonosítjuk, és minden szabványnak van tárgya is, ezért a példákban ezeket is közöljük. Mellékeljük továbbá az úgynevezett ICS kódot is, amely segítségével a szabványok tárgyuk szerint kereshetők.

Hivatkozási szám:

MSZ EN ISO 3758:2005

Tárgy:

Textíliák. Jelképeket használó kezelési útmutató kód.

ICS kód:

59.080.01

Ez a szabvány megadja azokat a jelképeket, melyek alapján eldönthető, hogy egy ruhát milyen módon lehet kezelni: mosni, fehéríteni, szárítani, vasalni. A jelképek a kereskedelmi forgalomba kerülő ruhákon lévő címkéken találhatók. Az 2.1. ábrán a kezelési alapjelek láthatók, a 2.2. ábrán pedig példa, azok alkalmazására. Ha az egyes gyártók eltérő jelképeket használnának, akkor nagyon körülményes lenne a vásárlók tájékoztatása.

2.1. ábra - Ruhák kezelésének alapjelei 2 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Szabványok

2.2. ábra - Példa a kezelési jelképek alkalmazására

Hivatkozási szám:

MSZ EN ISO 216:2008

Tárgy:

Írópapírok és bizonyos nyomtatott termékek osztályai. Vágási méretek. A és B sorozat és a gyártásirány jelölése (ISO 216:2007)

ICS kód:

85.080.10 Ez a szabvány rögzíti az írólapok és rajzlapok célszerű méretválasztékát. A 2.3. ábrán az A4 és A3 jelű szabványos rajzlapok méretei láthatók. Ha szabványostól eltérő méretű rajzlapot alkalmazunk, akkor ez megnehezíti a rajzok kinyomtatását, tárolását és sok hulladék is keletkezne a méretre vágáskor.

2.3. ábra - A4 és A3 jelű szabványos rajzlapok méretei mm-ben


Szabványok

3. Szabvány definíciói Magyarországon 1995-ben jelentős változás következett be a szabványosításban. Korábban például a szabványok alkalmazása kötelező volt, amit új törvény módosított. Az 1995. évi XXVIII. törvény foglakozik a szabványosítás új rendszerével, melyben a következő definíciót találjuk:

„A szabvány elismert szervezet által alkotott vagy jóváhagyott, közmegegyezéssel elfogadott olyan műszaki (technikai) dokumentum, amely tevékenységre vagy azok eredményére vonatkozik, és olyan általános és ismételten alkalmazható szabályokat, útmutatókat vagy jellemzőket tartalmaz, amelyek alkalmazásával a rendező hatás az adott feltételek között a legkedvezőbb.” Az MSZ EN 45020 hivatkozási számú szabvány is tartalmaz egy definíciót, melynek megfogalmazása kissé eltér a törvény megfogalmazásától, de tartalmilag vele megegyezik. Ez a definíció annyiban általánosabb, hogy a szabvány nem csak műszaki jellegű tevékenységre vonatkozhat.

„A szabvány közmegegyezéssel létrehozott és elismert testület által jóváhagyott dokumentum, amely tevékenységre vagy azok eredményeire vonatkozó általános és ismételten alkalmazható szabályokat, útmutatókat vagy jellemzőket tartalmaz, azzal a céllal, hogy a rendező hatás az adott feltételek között a legkedvezőbb legyen.” Lényegét tekintve hasonló tartalmú a következő 2 mondatos definíció is, amely könnyebben megjegyezhető:

A szabvány gyakran ismétlődő műszaki-gazdasági feladatok optimális megoldásának mintája. Olyan dokumentum, melyet elismert szervezet hagy jóvá és alkalmazása közmegegyezésen alapul.

4. A szabványok fontosabb jellemzői A definíciók a szabványok lényeges tulajdonságait sorolják fel, ezért vegyük ezeket sorra. • Dokumentum A szabvány, fizikai megjelenését tekintve, nyomtatott vagy elektronikus formában tárolt írásos jellegű információ, amely gyakran ábrákat és diagrammokat is tartalmaz. Meghatározott formai és tartalmi követelményeket elégít ki. Meg van határozva például, hogy az előlapon milyen adatok, milyen elrendezésben szerepeljenek. Magyarországon a Magyar Szabványügyi Testülettől lehet megvásárolni ezeket a dokumentumokat.


Szabványok

Egy szabványt, mint dokumentumot, már az előlapjáról is fel lehet ismerni. A 2.4. ábra egy szabvány előlapját mutatja, csak a legfontosabb elemeket feltüntetve.

2.4. ábra - Egy szabvány előlapja

Az egyes adatok jelentése, illetve elnevezése a 2.1. táblázatban látható.

1

MAGYAR SZABVÁNY

A szabvány hatóköre. Ez a szabvány Magyarországon hatályos.

2

MSZ EN 61140

A szabvány hivatkozási száma a kibocsátás éve nélkül.

3

Áramütés elleni védelem.

A szabvány tárgya magyarul.

4

Protection against electric shock.

A szabvány tárgya angolul.

5

ICS 91.140.50

ICS kód, mely alapján beazonosíthatjuk, hogy tárgya szerint milyen kategóriába sorolható a szabvány. 91: Építőanyagok és építés. 140: Épületgépészeti berendezések. 50: Villamosenergiaellátó rendszerek

6

MSZ EN 61140:2003

A szabvány teljes hivatkozási száma.

2.1 táblázat Szabvány előlapján lévő fontosabb adatok • Elismert szervezet készíti, illetve hagyja jóvá


Szabványok

Különböző szinteken léteznek szabványosítással foglalkozó szervezetek, melyek jogosultak szabványosítási tevékenységek végzésére: vannak nemzetközi, regionális, nemzeti és vállalati szintű szervezetek. Ezek a szintjüknek megfelelő szabványokat bocsátják ki, módosíthatják és érvényteleníthetik azokat, tájékoztatják a potenciális felhasználókat. • Alkalmazása közmegegyezésen alapul A szabványok alkalmazása általában nem kötelező érvényű, kivéve egyes biztonsággal, egészségvédelemmel, környezetvédelemmel és minőséggel összefüggő szabványokat. Ez Magyarországon 1995 óta van így, előtte a szabványok alkalmazása kötelező volt. • Valamilyen tevékenységre, vagy annak eredményére vonatkozik Jellemzően olyan műszaki és gazdasági tevékenységre vonatkoznak a szabványok, melyek gyakran előfordulnak. Egyedi esetekre nem érdemes szabványt készíteni, mert túlságosan költséges lenne. Kevesen vásárolnák meg, és így nem lenne gazdaságos a kidolgozás. Nem gazdasági jellegű tevékenységre is vonatkozhat szabvány. Például egy oktatási intézmény jellemzően nem műszaki-gazdasági tevékenységet végez, a működésére mégis vonatkozhat minőségbiztosítási szabvány. • Ismételten alkalmazható szabályokat tartalmaz A szabvány rögzíti a feladat megoldásának célszerű módját, mintát ad a megoldásra, tipizál, de csak a szükséges mértékben. Ez a szabványok legjellemzőbb vonása. A szabványt elegendő egyszer kidolgozni és utána általában több évig lehet alkalmazni. Ez a termelés gazdaságossága szempontjából rendkívül fontos. A megoldások egységesek lesznek, mivel azonos követelményeket elégítenek ki. Ha betartjuk az előírásokat, akkor a megoldás várhatóan gazdaságos, biztonságos és előírt minőségű lesz. A szabványok azonban nem helyettesítik a szakemberek tudását. A szabványok helyes értelmezéséhez szakmai ismeretek szükségesek. • A szabályok alkalmazása optimális eredményre vezet A szabványok műszaki tapasztalatokon és tudományos kutatáson alapulnak, ezért a bennük megfogalmazott követelmények sok esetben optimálisnak tekinthetők. Minél régebbi egy szabvány, annál valószínűbb, hogy a benne megfogalmazott követelmények már nem optimálisak. A műszaki fejlődéssel az optimum változik, ezért a szabványokat időnként átdolgozzák, esetleg visszavonják és újat adnak ki.

5. Szabványokban megtestesülő elvek A szabványokban megfogalmazott előírások (szabályok) elvekre épülnek. A rendező hatás ezen elvek alkalmazása által érhető el. Mindegyik szabványban az alábbiakban felsorolt elvek közül egy, vagy több felfedezhető. • Tájékoztatás elve: a vásárlókat tájékoztatni kell a termékek rendeltetésszerű használatáról Például ruhák esetén a vásárlókat tájékoztatni kell a tisztítás lehetséges módjairól, vasalhatóságról, száríthatóságról. A műszaki cikkekhez kezelési utasítást kell mellékelni. Darukon fel kell tüntetni a névleges teherbírást. Villanymotorokon fel kell tüntetni, hogy milyen környezeti feltételek között alkalmazhatók. Fel kell hívni a fogyasztó figyelmét arra, hogy mi nem tartozik a rendeltetésszerű használatba. A termék minőségére utaló jelzések segítik a vásárlót a választásban. Például a feltüntetett energiafogyasztás alapján a vevő eldöntheti, hogy melyik terméket vásárolja meg. • Kompatibilitás elve: a csatlakozásra szánt alkatrészek vagy rendszerek úgy legyenek kialakítva, hogy a csatlakoztatás könnyen megvalósítható legyen Nagyon sokszor szükség van arra, hogy a termékeket egymáshoz, vagy egy hálózathoz csatlakoztassuk. Ennek érdekében elő kell írni a csatlakozó méreteket és azok tűrését. Pl. a metrikus csavarmenet szabványa előírja az egymáshoz csatlakozó külső és belső menetek méreteit és azok tűréseit. Ez a szabvány a kompatibilitást szolgálja, mert erre hivatkozik a csavarszabvány és a csavaranya szabvány is. A szabvány szerint gyártott csavar és anya összeépíthető. Villásdugó és aljzat csatlakozó méreteit is szabvány írja elő.


Szabványok

Számítógépek esetében is felmerülnek ilyen igények. Pl. a különböző portok (USB port) méreteit szabvány rögzíti, így az a csatlakoztatás könnyen megvalósítható. • Csereszabatosság elve: a kereskedelemből beszerezhető alkatrészek és részegységek változtatás nélkül beépíthetők legyenek Csereszabatos egy alkatrész, ha az a kereskedelemből beszerezhető és változtatás nélkül beépíthető. A termékszabványok többsége ezt biztosítja. Azonos szabvány alapján különböző gyártók is gyártják ugyanazt a terméket, így az a kereskedelemből könnyen beszerezhető. Csavarok, csapágyak, karimák többsége szabványok alapján készül, ezért ezek csereszabatosak. A csereszabatos alkatrészeket tartalmazó termékek általában olcsóbbak, mint az egyedi alkatrészeket tartalmazók, hiszen a gyártási költségeket a sorozatnagyság alapvetően befolyásolja. • Választékrendezés elve: szűkített választékkal az igények döntő többsége kielégíthető A piaci igényeket gazdaságosan csak szűkített választék mellett lehet kielégíteni. Felesleges M25, M26-os csavarokat gyártani, mert M27-es csavar ezeket képes pótolni. A szűkített választék miatt csökken a raktározási költség és a szerszámköltség is. Ez az elv érvényesül a daruk teherbírásánál is. Sorozatban gyártanak 20t és 25t névleges teherbírású darut, de a kettő közöttit teherbírásút nem. Ez azt mutatja, hogy a 20 és 25t közötti igényeket a 25t-ás daruval célszerű kielégíteni. A papírméretek választékát is nemzetközi szabvány írja elő. A méretsorozat kialakításánál az az elv érvényesül, hogy egy lapot a tőle egy fokozattal nagyobb lap félbehajtásával meg lehessen kapni és az oldalarányok ne változzanak. Így nem keletkezik hulladék és a nyomtatás is egyszerűsödik, mert a lapok oldalaránya megegyezik. Pl. az A2-es méretű rajzlap felezésével két darab A3-as méretű rajzlapot kapunk. • Munkavédelem elve: a munkavégzéssel összefüggő baleseteket meg kell előzni Például építőiparban, magasban végzett munkavégzésre szabványok vonatkoznak (korlátokat kialakítása, biztonsági öv és védősisak alkalmazása). A védőfelszereléseknek szabványelőírásokat kell kielégíteniük (hegesztőpajzs, védősisak). • Egészségvédelem és biztonság elve: a nem munkavégzéssel összefüggő egészségkárosodásokat és balesetek meg kell előzni A termékeknek biztonsági igényeket is ki kell elégíteniük. Például szabványok írják elő, hogy , hogy a játszótereken milyen veszélyforrásokat kell elkerülni, milyen festékeket nem szabad alkalmazni játékokon. Előírják a korlátok, hágcsók szükséges teherbírását, lépcsőfokok magasságát, ivóvíznél a megengedett nitráttartamat. A biztonsággal összefüggő szabványok alkalmazását sokszor jogszabályok teszik kötelezővé. Ebbe a csoportba sorolhatók a méretezési szabványok is. Például építmények esetén ezek meghatározzák, hogy milyen hatásokat milyen kombinációban és súllyal kell figyelembe venni a teherbírás meghatározásakor. Az egyes szerkezeti anyagokra megengedhető feszültségeket is ezek a szabványok tartalmazzák. • Környezetvédelem elve: az élő, és élettelen környezet károsodását meg kell előzni A környezetvédelmet főleg jogszabályok szolgálják. A szabványok főleg a környezetvédelmi előírások végrehajtását segítik. Pl. jogszabály írja elő a kémények mennyi szennyező anyagot bocsáthatnak a levegőbe. Szabványok viszont előírják a mérések végrehajtásának módját (hova kell egy kéményben a mérési pontokat elhelyezni). • Termékek állagmegóvásának elve: a termékek szállításkor, tároláskor, felhasználáskor nem károsodjanak Szabványok írják elő, hogy a csomagolásnak milyen mértékű terhelést kell elviselnie. A raklapok milyen teherbírásúak legyenek, hogy biztonsággal hordozzák a terhet. Élő állatok mennyi ideig és milyen körülmények között szállíthatók közúton. • Kölcsönös megértés elve: az együttműködő felek megértsék egymást A terminológiai szabványok megmagyarázzák az egyes szakkifejezéseket azért, hogy ne legyen félreértés a szabványt alkalmazók között. Pl. MSZ EN ISO 9000:2001 szabvány a minőségirányítással kapcsolatos fogalmakat magyarázza. Alcíme: „Alapok és szótár”. Géprajzi szabványok írják elő, hogy a műszaki rajzokon hogyan kell a hegesztési varratokat jelölni, felületi érdességet előírni, csavarmenetet ábrázolni. 7 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Szabványok

• Vizsgálatok egységes végrehajtásának elve: a vizsgálatok végrehajtásához azonos körülményeket kell biztosítani Anyag és technológiai vizsgálatok eredményei függnek a vizsgálat körülményeitől, ezért az eredmények egységes értelmezése megköveteli a vizsgálati körülmények rögzítését. Szabvány írja elő, hogy milyen körülmények között kell végrehajtani egy szakítóvizsgálatot, milyen legyen a próbatest alakja, mérete, a terhelési folyamat. A vizsgálati eljárások szabványosítása megkönnyíti a megrendelő és a gyártó együttműködését, mert egy szerződésben elég az illető szabványra hivatkozni és így mindkét fél számára egyértelműek a vizsgálati körülmények, azokat nem kell kidolgozni. • Hatékony irányítás elve: a szervezeteket úgy kell irányítani, hogy hibás termék ne kerüljön a fogyasztóhoz Szabványok foglalkoznak a minőségirányítással, azaz azzal, hogy milyen vállalati folyamatokat hogyan kell megszervezni és működtetni annak érdekében, hogy hibás termék ne hagyhassa el az üzemet. Irányítási rendszerek foglalkoznak még a környezetvédelemmel és a munkahelyi biztonsággal is.

6. Szabványok hatókörei (szintjei) • Nemzetközi szabványok Vannak nagy jelentőségű feladatok, melyek a világ legtöbb országát érintik Ezen feladatok megoldását világméretekben célszerű összehangolni és ezt a munkát nemzetközi szabványosítási szervezetek végzik. Három ilyen szervezet létezik: • Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) • Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) • Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) Először az elektrotechnika területén jött létre egy világméretű szervezet-Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC)-még az I. világháború előtt. Erre az elektromosság elterjedése miatt volt szükség. Egységesíteni kellett a biztonsági előírásokat és lehetővé kellett tenni az elektromos hálózatok összekapcsolását. Jelenleg kb. 50 ország a tagja, főleg olyanok, ahol jelentős villamosenergia-ipar van. Később a II. világháború után létrejött a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO). Ennek több mint 100 ország a tagja és minden országot egy nemzeti testület képvisel. Az ilyen szabványok hivatkozási számában ISO kibocsátói jel szerepel. • Regionális szabványok Ezek olyan szabványok, melyeket egy gazdasági régióhoz tartozó országok dolgoznak ki és itt alkalmazzák azokat. A mi régiónkban az Európai Szabványügyi Bizottság (CEN) foglakozik az Európai Uniót érintő szabványosítási kérdésekkel. Az európai szabványok hivatkozási számában az EN kibocsátói jel szerepel. A szervezet logója a 2.5. ábrán látható.

2.5. ábra - Az Európai Szabványügyi Bizottság logója

• Nemzeti szabványok Olyan feladatok megoldásával foglalkoznak, melyeket országos szinten célszerű összehangolni. Magyarországon a Magyar Szabványügyi Testület hagyja jóvá, ill. gondozza a szabványokat. Kiadja a Szabványügyi Közlöny című folyóiratot, melyben meghirdetik az új szabványokat, módosítástervezeteket, módosításokat. Szabványosítással kapcsolatos oktatással is foglalkoznak. A Magyar Szabványügyi Testület


Szabványok

nem állami hivatal, hanem „köztestület”, azaz közérdekű tevékenységet végző non-profit szervezet. Interneten elérhető a honlapja: www.mszt.hu. • Vállalati szabványok Vannak vállalatok, melyek a vállalat működése során felmerülő ismétlődő feladatok megoldására saját szabványokat dolgoznak ki. Ezek figyelembe veszik a vállalat speciális adottságait és igényeit.

7. Szabványok azonosítása A szabványok száma több ezer, ezért fontos, hogy gyorsan megtaláljuk a bennünket érdeklő szabványokat. Minden szabványhoz tartozik egy tárgy és egy hivatkozási szám, vagy másképpen szabványszám. A hozzárendelés kölcsönösen egyértelmű. A hivatkozási szám több csoportból álló karaktersorozat, mely nemcsak számokat, hanem betűket és egyéb írásjeleket is tartalmazhat. A hivatkozási szám 3 részből áll: • Kibocsátói jel A kibocsátói jel azonosítja a szabványt kibocsátó szervezetet. A Magyar Szabványügyi Testület által kibocsátott szabványok az MSZ betűkkel kezdődnek. A kibocsátói jel ettől bővebb is lehet, ha a magyar szabvány európai vagy nemzetközi szabványt vezet be. Németországban a nemzeti szabványok azonosító jele a DIN (Deutsches Institut für Normung) betűkkel kezdődik. • Azonosító szám Egy szabványosítással foglakozó szervezet (kibocsátó) sok szabványt készít, ezért a különböző szabványokhoz különböző számokat rendel hozzá, annak érdekében, hogy a szabványok könnyen azonosíthatók legyenek. • Kibocsátás éve Annak az évnek a jelölése, amikor a szabványt kibocsátották, azaz létezését nyilvánosságra hozták (Magyarországon a Magyar Szabványügyi Közlönyben). Szabvány hivatkozási szám példák:

Hivatkozási szám:

MSZ 5750: 1986

Tárgy:

Darusín

Kibocsátói jel:

MSZ

Azonosító szám:

5750

Kibocsátás éve:

1986

Megjegyzés:

Magyar szabvány, a Magyar Szabványügyi Testület bocsátotta ki.

Hivatkozási szám:

MSZ EN 10056-1: 1999

Tárgy:

Szögacél: Méretek

Kibocsátói jel:

MSZ EN

Azonosító szám:

10056-1

Kibocsátás éve:

1999

Megjegyzés:

Magyar szabvány, a Magyar Szabványügyi Testület bocsátotta ki. A szabvány egy európai szabvány szöveghű átvétele, egy sorozat 1. tagja.


Szabványok

Hivatkozási szám:

MSZ EN 10056-2: 1999

Tárgy:

Szögacél: Tűrések

Kibocsátói jel:

MSZ EN

Azonosító szám:

10056-2

Kibocsátás éve:

1999

Megjegyzés:

Magyar szabvány, a Magyar Szabványügyi Testület bocsátotta ki. A szabvány egy európai szabvány szöveghű átvétele, egy sorozat 2. tagja.

Hivatkozási szám:

MSZ EN ISO 9001: 2001

Tárgy:

Minőségirányítási rendszerek.

Kibocsátói jel:

MSZ EN ISO

Azonosító szám:

9001

Kibocsátás éve:

2001

Megjegyzés:

Magyar szabvány, a Magyar Szabványügyi Testület bocsátotta ki. A szabvány egy európai szabvány szöveghű átvétele, ami egy nemzetközi szabvány szöveghű átvétele.

Hivatkozási szám:

MSZ ENV 1993-2: 1999

Tárgy:

Acélszerkezetek tervezése. 2.rész: Hidak

Kibocsátói jel:

MSZ EN

Azonosító szám:

1993-2

Kibocsátás éve:

1999

Megjegyzés:

Magyar szabvány, a Magyar Szabványügyi Testület bocsátotta ki. Egy sorozat 2. tagja. A szabvány egy európai előszabvány szöveghű átvétele.

A Szabványjegyzékben egyes szabványok hivatkozási száma előtt előfordulnak kiegészítő jelek is, melyek a következők: §: Jogszabály írja elő a szabvány alkalmazását, a szabvány használata kötelező. ■: Jóváhagyó közleménnyel bevezetett magyar szabvány. Ennek a szabványnak nincs magyar nyelvű fordítása, az angol nyelvű változatot kell magyar szabványnak tekinteni. Ezt a szabványt bevezethetik magyar nyelvű címoldallal (előlappal), vagy úgy, hogy csak a tárgyát (címét) teszik közzé magyar nyelven a Szabványügyi Közlönyben.

8. Szabványok keresése tárgyuk alapján (ICS kódok) A szabványoknak van egy nemzetközi osztályozási rendszere, ezt a rendszert jelöli az ICS mozaikszó (International Classification of Standards). Ebben a rendszerben a szabványok a tárgyuk szerint vannak csoportosítva. A rendszer 3 szintű, az első szint a legbővebb (2.2. táblázat).


Szabványok

Szint

Elnevezés

Elemek száma (db.)

1.

Szakterület

~ 40

2.

Csoport

~ 400

3.

Alcsoport

~ 800

2.2 táblázat ICS kategóriák A szakterületeken belül csoportok vannak, azokon belül alcsoportok Az alcsoportokon belül nincs további csoportosítás. Ha beazonosítottuk az alcsoportot, akkor az abban felsorolt szabványok közül választhatjuk ki a számunkra szükséges szabványt. Az alábbi felsorolásban néhány szakterület elnevezése és a megfelelő ICS kód látható. 01 : Általános előírások. Terminológia. Szabványosítás. Dokumentáció 07 : Matematika. Természettudományok 11 : Egészségügy 13 : Környezet. Egészségvédelem. Biztonság 17 : Metrológia és méréstechnika. Fizikai jelenségek 19 : Vizsgálatok 21 : Általános rendeltetésű mechanikus rendszerek és egységeik 25 : Gyártástechnika 27 : Energetika és hőátvitel 29 : Elektrotechnika 31 : Elektronika 71 : Vegyipar 83 : Gumi- és műanyagipar Az alábbi ábrán az látható, hogy a gépészeti rajzokra vonatkozó szabványokat milyen szakterület, csoport és alcsoport kiválasztása után érhetjük el.

2.6. ábra - Példa ICS kódra

9. Történelmi áttekintés


Szabványok

Az árutermelés több évezred óta jelen van az emberiség életében, és azóta léteznek szabványosítási jellegű törekvések. • Ókor: mértékegységek Kereskedelem, földmérés, építészet, adók beszedése már az ókorban is fontos tevékenység volt. Elő kellett írni a távolság, térfogat, tömegek és pénz mértékegységeit. A legkorábbi emlékek kb. 4000 évesek és az ókori Babilonból ill. Egyiptomból származnak. Az ókori Babilonból kőtáblák maradtak fenn, melyeken mértékegységek definiálására és használatára vonatkozó utalások találhatók. • Ipari forradalom: biztonság A mai értelemben vett szabványok az ipari forradalom idején Angliában alakultak ki az 1800-as években. A gőzgépek elterjedésével egyre több robbanásos baleset történt. Például 1880-ban Amerikában egyetlen év alatt 50000 ember halt meg gőzkazánok robbanása miatt. Ez szükségessé tette, hogy a kor színvonalán álló ismereteket rögzítsék és elterjesszék. Az ismeretek terjesztésével még csak szakmai szervezetek foglalkoztak, melyek a szabványügyi szervezetek elődeinek tekinthetők • Napjaink: tömegtermelés, munkamegosztás kiszélesedése Az 1900-as években indult meg a tömegtermelés és munkamegosztás kiszélesedése. Szabványok sokasága teszi lehetővé, hogy ez a rendszer hatékonyan működjön. A szabványok fontosságát akkor érzékelné az ember, ha azok hiányoznának. Például óriási problémákat okozna, ha az egyes országokban eltérő minőségű üzemanyagot használnának a gépjárművek hajtásához, vagy eltérő méretűek lennének a bankkártyák.


3. fejezet - Műszaki rajz, géprajz 1. Bevezetés A gépek, berendezések, szerkezetek alkatrészekből épülnek fel. Ezeket meg kell tervezni, le kell gyártani és ez rajzok nélkül nem valósítható meg. A műszaki objektumokkal kapcsolatos gondolatok, információk rajz segítségével hatékonyan és maradandóan előírhatók, közvetíthetők, ezért van szükség a műszaki rajzokra.

A műszaki rajz tehát a műszaki objektumokkal kapcsolatos gondolatok és információk előírásának és közvetítésének képies eszköze. A valóságos testek 3 dimenziósak. Ezeket a szemléletes, azaz képies megjelenítés érdekében, síkba kell leképezni. A síkot rajzlap vagy monitor képernyője reprezentálja. A leképezésnek elvei és szabályai vannak. A szabályok szabványokban vannak lerögzítve, ezért a műszaki rajzok készítésének módja és azok értelmezése a szakemberek számára egyértelmű. Ezen szabványok jelentős része nemzetközi szintű, ami jelentősen megkönnyíti az egyes országok közötti gazdasági kapcsolatokat. A műszaki rajzok szakterületenként is különböznek. Léteznek gépészeti, építész, villamos műszaki rajzok. Mi elsősorban a gépészeti műszaki rajzokkal ismerkedünk meg, az alapok azonban közösek mindegyik szakterületre nézve.

2. Rajzfajták A műszaki rajzokkal kapcsolatos fogalmak meghatározását MSZ ISO 10209-1 szabvány tartalmazza. Ebben az egyes rajzfajták meghatározása is szerepel. Az egyes rajzfajták eltérő céllal készülnek és ennek megfelelően rajtuk a célnak megfelelő információk vannak kihangsúlyozva, természetesen rajzi eszközökkel. A gyakorlatban leginkább használt rajzfajták a következők: • Vázlat. • Funkcionális vázlat. • Munkadarabrajz. • Alkatrészrajz. • Rész összeállítási rajz. • Gyártmány összeállítási rajz. Az egyes rajzfajták a következő módon jellemezhetők: • Vázlat A vázlat általában szabadkézzel készül és így nem is méretarányos. Arra mégis alkalmas, hogy vele valamely műszaki gondolat lényegét gyorsan kifejezzük. Kiegészíti a szóbeli kommunikációt, ha műszaki dologról van szó. Készítése nem követ szigorú szabályokat. Jellegét tekintve lehet térhatású (axonometrikus, perspektívikus) vagy vetületi. Számítógéppel is készülhetnek vázlatok, például olyan céllal, hogy megkönnyítsék a szöveges jellegű információk megértését (termékkatalógusok, reklámkiadványok, gépkönyvek). A 3.1. ábrán látható vázlat számítógéppel készült, és az egypofás fék elvi kialakítását szemlélteti.

3.1. ábra - Egypofás fék vázlata


Műszaki rajz, géprajz

• Funkcionális vázlat Általában összetett rendszerek ábrázolására használjuk. Nem célunk a részletekbe menő képi ábrázolás. Megelégszünk azzal, hogy a rendszer elemeit szimbolikusan ábrázoljuk és azokat vonalakkal kötjük össze, melyek kifejezik a rendszer elemeinek kapcsolatát. A szimbólumok és vonalak mellé műszaki paramétereket is felírhatunk, például csővezeték ábrázolása esetén nyomást, hőmérsékletet, szállított közeget. Iparáganként eltérő funkcionális vázlatokat használnak, például a következőket: • Technológiai folyamatábra (vegyipar). • Technológiai csőkapcsolási rajz (vegyipar). • Izometrikus csőterv (vegyipar). • Hidraulikus kapcsolási rajz (gépipar, hidraulikus rendszereket tartalmazó gépek). • Villamos kapcsolási rajz (elektrotechnika). A 3.2. ábrán látható villamos kapcsolási rajz egy villanymotor vezérléséhez készült. Az áramköri elemek csak szimbolikusan vannak ábrázolva.

3.2. ábra - Egy villamos kapcsolási rajz

• Munkadarab-rajz 14 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


Egyetlen alkatrészt ábrázol a gyártás közbülső fázisában. Például kovácsolt alkatrészek esetén a kovácsolást követően forgácsoló megmunkálást is alkalmazunk, tehát a kovácsolás nem végső megmunkálás. Ekkor ábrázolni kell azt is, hogy mi legyen a kovácsolás eredménye, hiszen ennek alapján készíthető el a kovácsoló szerszám. Öntésre is hasonló meggondolások érvényesek. • Alkatrészrajz Egyetlen alkatrészt ábrázol teljesen kész állapotban. Hordozza mindazokat az információkat, melyek alapján az alkatrész legyártható az előgyártmányból kiindulva.

3.3. ábra - Fejes csapszeg 3 dimenziós képe (balra) és alkatrészrajza (jobbra)

• Rész összeállítási rajz Olyan összeállítási rajz, amely egy összetett berendezés, szerkezet egyetlen egységét ábrázolja. Ez az egység több alkatrészt is tartalmaz, melyek a rajzon összeszerelt állapotban vannak ábrázolva. Például egy kerékpár több szerkezeti egységre bontható: kerék, váz, váltó, ülés, stb. Ezek önmagukban is összetett szerkezetek, melyeket általában különböző gyártók készítenek. A rajz alapján megérthető, hogy az egyes alkatrészek hogyan kapcsolódnak egymáshoz és ennek alapján a szerkezet összeszerelhető. • Gyártmány összeállítási rajz Olyan összeállítási rajz, mely egy gyártmány összes alkatrészét, vagy szerkezeti egységét ábrázolja. A rajz alapján megérthető, hogy az egyes alkatrészek, illetve szerkezeti egységek hogyan kapcsolódnak egymáshoz és ennek alapján a szerkezet összeszerelhető. Az alábbi ábra egy talpas csőbilincs összeállítási rajzának egy részlete. Megfigyelhető, hogy ezen a rajzon nem adjuk meg az egyes alkatrészek minden méretét, mert ennek a rajznak nem az alkatrészek gyártása a célja, hanem az összeépítése, összeszerelése, beépítése valamilyen környezetbe. Ennek megfelelően adjuk meg a méreteket is. Előírjuk a befoglaló méreteket (hosszúság, szélesség, magasság), a beépítéshez szükséges méreteket (az ábrán a talplemez méretei ilyenek), jelöljük az illesztet kapcsolatok méreteit és azok illesztését. Ez utóbbi információ a szerelés szempontjából fontos.

3.4. ábra - Talpas csőbilincs, gyártmány összeállítási rajz, részlet



3. Jellegzetes rajzi elemek A műszaki rajz jellegzetes elemekből épül fel. Az egyes rajzfajták nem tartalmazzák az összes felsorolt elemet, de egy tárgy képe szemléletesen, vagy szimbolikusan mindenképpen megjelenik rajta. • Képek • A tárgy képe. (A tárgy lehet egy, vagy több alkatrészből álló. A 3 dimenziós testet síkban ábrázoljuk. Leggyakoribb a vetületi ábrázolás, de előfordulhat még axonometrikus, perspektívikus, vagy szimbólikus ábrázolás is.) • A tárgy részleteinek képe. • A tárgy környezetének képe. • Műszaki jellegű információk szimbolikus, vagy szöveges formában • Méretmegadás elemei (méretszám, méretvonal, tűrés, stb.). • Felületi érdességek előírása. • Hőkezelési előírások. • Hegesztési előírások. • Alaki elemek • Feliratmező (ez műszaki és adminisztratív jellegű információkat is tartalmaz). • Darabjegyzék. • Rajzlap keret.



A 3.5. ábra egy géprajz feliratmezőjét és darabjegyzékét mutatja. Erre vonatkozóan is vannak szabványelőírások, de a kialakítása sokféle lehet.

3.5. ábra - Feliratmező és darabjegyzék lehetséges kialakítása

4. Térbeli testek leképezése síkba A 3 dimenziós testeket vetítősugarak segítségével képezzük le a síkra (3.6. ábra). A vetítősugár áthalad a testen és a képsíkon is és a testnek azon pontjaihoz, melyek a vetítősugáron vannak, a képsík egy pontját rendeljük hozzá. Ha a test minden pontján keresztül áthalad vetítősugár, akkor a teljes testet leképezzük egy síkbeli tartománnyá. Ha a test szögletes, azaz, csúcspontok, egyenes élek és síkok határolják, akkor elegendő a csúcspontokat leképezni, mert az egyenes élek képei a képsíkon is egyenesek lesznek. Görbült élek esetén több pontot le kell képezni, és ezekre kell egy görbe vonalat illeszteni.

3.6. ábra - Kép keletkezése, vetítés vetítősugarakkal



5. Ábrázolási módok A kép jellegét az alábbi tényezők befolyásolják: • Vetítősugarak relatív helyzete (párhuzamosak, vagy egy pontból kiindulók). • Vetítősugarak és képsík relatív helyzete (ha a vetítősugarak egymással párhuzamosak, akkor lehet merőlegesek a képsíkra, vagy nem merőlegesek). • Tárgy és képsík relatív helyzete (a tárgy a képsíkhoz képest lehet speciális, vagy általános helyzetben). Ezek különböző kombinációi eltérő jellegű képet eredményeznek, és ennek alapján a következő 3 ábrázolási módot különböztethetjük meg: • Vetületi ábrázolás (géprajzi ábrázolás). • Axonometrikus ábrázolás. • Perspektivikus ábrázolás. A 3.7. ábra egy test képeit mutatja különböző ábrázolási módok esetén. A vetületi ábrázolás esetén több képsíkra vetített képet együtt ábrázoltuk.

3.7. ábra - Példa ábrázolási módokra



A 3.8. ábra azt szemlélteti, hogy a vetítősugarak egymáshoz képest hogyan helyezkedhetnek el. Ha párhuzamosak, akkor párhuzamos vetítésről beszélünk, ha egy pontból kiindulók, akkor centrális vetítésről.

3.8. ábra - Vetítési módok: párhuzamos, centrális

6. Vetületi (géprajzi) ábrázolás A gépiparban a vetületi ábrázolás a legelterjedtebb. Erre az ábrázolási módra a következők jellemzők: • Párhuzamos vetítéssel jön létre. • A vetítősugarak merőlegesek a képsíkra. • A tárgyat a képsík előtt úgy helyezzük el, hogy a fő (jellemző) síkja a képsíkkal párhuzamos legyen. Előnye az, hogy a képsíkkal párhuzamos alakzatok nem torzulnak, ezért azokat könnyű megrajzolni. Hátránya az, hogy a kép nem térhatású és az ábrázolás nem kölcsönösen egyértelmű. Ezért általában nem elegendő egy képsíkra leképezni a testet, hanem több képsíkot is kell használni és csak ekkor rekonstruálható a test a képek alapján. A 3.9. ábra egy kocka esetében mutatja a kép keletkezését vetületi ábrázolással.

3.9. ábra - Kocka vetületi ábrázolása egyetlen képsíkon



Általában több képre van szükség az egyértelmű ábrázoláshoz. A több képsík elhelyezkedését úgy képzelhetjük el, hogy azok egy kocka alakú dobozoldalait képezik és a test a doboz belsejében van. Egy kép úgy jön létre, hogy a kiválasztott képsíkra merőlegesen vetítősugarakat indítunk, ezek először metszik a tárgyat, majd a képsíkot (európai vetítési mód). A doboz belső oldalain így képek keletkeztek. A doboz egyes éleit felvágjuk és a doboz oldalait egy közös síkba forgatjuk. Egy síkot elölnézet síknak választunk és ebbe forgatjuk a többi síkot. A forgatásnak az az eredménye, hogy a képek egymáshoz képest rendezett módon helyezkednek el. Ezt a rendezettséget meg kell őrizni az ábrázoláskor is. Az egyes képeket elválasztó vonalakat nem kell kirajzolni. A 3.10. ábra egyetlen tárgypont és 3 képsík esetén szemlélteti az elmondottakat. A képeket elválasztó vonalakat, csak a jobb érthetőség kedvéért hagytuk meg.

3.10. ábra - Tárgypont három képe rendezett módon elhelyezve

A 3.11. ábra egy térbeli test három nézeti képének keletkezését és elrendezését szemlélteti.

3.11. ábra - Térbeli test három képe rendezett módon elhelyezve



7. Műszaki rajzok alaki követelményei A műszaki rajzok megjelenésére is szabványelőírások vonatkoznak. Ha ezeket a szabályokat betartjuk, akkor a rajz áttekinthető, egységes szerkezetű és esztétikus lesz, ami megkönnyíti a rajz olvasását. • Szabványos rajzlapméretek A műszaki rajzokat szabványos méretű és kialakítású rajzlapokra kell készíteni. A rajzlapméretek megválasztásánál abból a feltevésből indultak ki, hogy az A0 jelű rajzlap területe 1 m2, téglalap alakú, és ha ezt a rajzlapot a hosszabbik oldalára merőlegesen félbehajtjuk, akkor az így kapott kisebb méretű rajzlapok oldalainak aránya megegyezik az A0 méretű rajzlap oldalainak arányával. Ezek a feltevések egyértelműen meghatározzák az A0 jelű rajzlap méreteit és a sorozat további tagjainak méreteit is, hiszen azokat félbehajtással kapjuk meg.

3.12. ábra - Szabványos méretű rajzlapok jelölései és méreteik kapcsolata

A felírt egyenletekből kiadódik, hogy az A0 jelű rajzlap méretei: a=1189 mm, b=841 mm. Látható továbbá, hogy mindegyik rajzlapra érvényes az, hogy a hosszabbik oldala a rövidebbik oldalnak szerese. Az A0, A1, A2, A3 jelű rajzlapokat csak fekvő, az A4 jelűt pedig csak álló helyzetben szabad használni. • Szabványos méretarányok 21 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


A képek szerkesztése során gyakran előfordul, hogy túl kicsi a kép (a részletek nem látszanak), vagy túl nagy a kép (nem fér el a rajzlapon). Az előző esetben kicsinyítésre, az utóbbiban nagyításra van szükség. Ezek mértékei szabványosítva vannak, melyek a következők (3.1. táblázat):

Típus

Méretarányok jelölés

Kicsinyítés

1:2 1:5 1:10 1:20 1:50

Valós méretű ábrázolás

1:1

Nagyítás

2:1 5:1 10:1 20:1 50:1

3.1 táblázat Szabványos méretarányok jelölései A méretarányokat tehát kettősponttal elválasztott számpárral jelöljük. Kicsinyítés esetén elöl 1-es számjegy áll, nagyítás esetén hátul áll az 1-es számjegy. Ha nincs szükség nagyításra, vagy kicsinyítésre, akkor a számpár mindkét tagja 1-es. A számpárt tekinthetjük törtnek is, amivel a tárgy valóságos méreteit kell megszorozni és az így kicsinyített, vagy nagyított tárgy képét kell megszerkeszteni. Megjegyezzük, hogy a méretek felírásánál a méretvonalakra a valóságos méreteket kell felírni. • Vonalvastagságok Műszaki rajzon legalább 2-féle vonalvastagságot kell alkalmazni. A vastagon rajzolt vonalak vastagsága legalább kétszer akkora legyen, mint a vékonyan rajzolt vonalak vastagsága. Két vonalvastagság általában elegendő is. Gyakori választás az, hogy a vékony vonal vastagsága 0,2 mm, a vastag vonal vastagsága 0,4 mm. Ha a vastag vonal vastagságát túl nagyra választjuk, akkor a rajz kis méretű részletei könnyen összemosódnak, ezért ügyelni kell a vonalvastagságok helyes megválasztására. • Vonalfajták A különböző vonalfajták jellegükben és vastagságukban különböznek egymástól. Jellegét tekintve egy vonal lehet folytonos, szaggatott, pontvonal, törésvonal, kétpontvonal. Az egyes vonalfajtáknak meg van a jellegzetes alkalmazási területük. A 3.2. táblázat áttekintést nyújt a lehetőségekről.



3.2 táblázat Vonalfajták

8. Fontosabb géprajzi eszközök A rendezett vetületek (nézetek) jelentik a géprajzi ábrázolás (vetületi ábrázolás) legfontosabb eszközeit. Sokszor ezek nem elegendők a részletek megmutatásához, a méretek egyértelmű megadásához, ezért más eszközökre is szükség van. A géprajzi eszközök a következő módon csoportosíthatók: • Nézetek • Rendezett nézetek. • Nézetrendtől eltérő helyzetű nézet. • Résznézet. • Helyi nézet. • Metszetek



• Teljes metszet. • Félmetszet (félnézet-félmetszet). • Kitöréses metszet. • Lépcsős metszet. • Szelvények • Befordított szelvény. • Nézeten kívüli szelvény. • Speciális géprajzi eszközök Az alábbiakban példákat mutatunk az egyes géprajzi eszközök alkalmazására. • Rendezett nézetek (vetületek) Csak a szükséges számú rendezett nézetet kell megrajzolni, a példában kettő elég. A nézetek mellé nem kell odaírni, hogy melyik az elölnézet, stb., és a nézetek közé elválasztó vonalakat sem kell rajzolni.

3.13. ábra - Ábrázolás két rendezett nézettel, félbevágott cső

• Nézetrendtől eltérő helyzetű nézet Ha egy nézetre szükség van, de az rendezett módon nem helyezhető el a rajzlapon, akkor az máshol is elhelyezhető, ha ezt külön jelöljük. Egy meglévő nézethez viszonyítva nyíllal be kell jelölni a nézet irányát, és ezt betűvel kell azonosítani.. Tetszőleges méretarányban megrajzolható, de a méretarányt jelölni kell, ha az eltér a rajz fő méretarányától. A fő méretarányt a felirati mezőben kell jelölni.

3.14. ábra - Nézetrendtől eltérő helyzetű nézet



• Résznézet Egy nézetben a tárgyat nem kell feltétlenül teljes terjedelmében ábrázolni. Ekkor szabadkézi törésvonallal kell lehatárolni az ábrázolt részt. A nézet irányát nyíllal kell jelölni és a nézetet betűvel kell azonosítani.

3.15. ábra - Résznézet

• Helyi nézet Elsősorban hornyok ábrázolására használják a helyi nézetet. A nézet megrajzolásakor úgynevezett amerikai vetítési módot használunk, azaz a vetítősugár először a képsíkot metszi és utána a tárgyat.

3.16. ábra - Helyi nézet



Bármilyen metszet készítésekor a tárgy egy részét gondolatban eltávolítjuk és csak a megmaradó részt ábrázoljuk. A megmaradó és az eltávolított rész határfelülete egy, vagy több sík felület. A megmaradó rész ábrázolásakor ezt a határoló felületet vékony, párhuzamos vonalakkal kitöltjük, amit sraffozásnak is nevezünk. A sraffozás mintázata az alkatrész anyagától is függ. Ezt mutatja az alábbi táblázat.

3.3 táblázat: Sraffozási minták • Teljes metszet Ha metszősík párhuzamos az elölnézet síkjával és egyúttal szimmetriasík is, akkor az elölnézeti képen a metszés utáni testet ábrázoljuk a metszősík jelölése nélkül.

3.17. ábra - Teljes metszet a metszősík jelölése nélkül



Egyéb esetekben a metszősík helyzetét jelölni kell és a metszősíkot betűvel be kell azonosítani. A metszősík helyzetének jelölésekor a metszősík nyomvonalát ábrázoljuk egy már meglévő nézet, vagy metszet képén.

3.18. ábra - Teljes metszet a metszősík jelölésével

• Félmetszet (félnézet-félmetszet) Ha egy tárgy nézetben és metszetben is szimmetrikus, akkor megtehetjük azt, hogy a tárgyat a szimmetriatengely egyik oldalán nézetben, a másik oldalán pedig metszetben ábrázoljuk.

3.19. ábra - Lapos alátét ábrázolása félmetszetben



• Kitöréses metszet A metszősík korlátozott terjedelmű, a tárgy méreteihez képest viszonylag kicsi. Ábrázolás céljából gondolatban csak a tárgy metszősík előtti részét távolítjuk el. A megmaradó és eltávolított anyagrészeket határát ábrázoláskor törésvonallal jelöljük. A metszősík helyét nem kell külön jelölni.

3.20. ábra - Kitöréses metszet

• Lépcsős metszet A metszősík nyomvonalába 90 fokos töréseket helyezhetünk el. Ekkor lépcsős metszetet kapunk. Főleg akkor alkalmazzuk, ha egy lemezben több, különböző furat van. A metszősík nyomvonalát betűvel kell azonosítani és nyíllal kell jelölni, hogy melyik anyagrészt távolítjuk el gondolatban.

3.21. ábra - Lépcsős metszet 28 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


A szelvények csupán abban különböznek a metszetektől, hogy csak metszősíkban lévő geometriát ábrázoljuk. Jelölésük azonos a metszetek jelölésével. • Befordított szelvény A szelvény síkjába eső alakzatot a szimmetriatengelye körül elfordítva, a helyén ábrázoljuk. A kontúrvonalat vékony folytonos vonallal rajzoljuk (3.22. ábra).

3.22. ábra - Befordított szelvény

• Nézeten kívüli szelvény A szelvény síkját nem kell külön jelölni, ha az egyértelmű. Ebben az esetben a szelvény nyomvonala a szelvény síkjába eső alakzat szimmetriavonala (3.23. ábra). A 3.24. ábrán látható szelvény esetén jelölni kell a szelvény síkjának nyomvonalát, különben nem lenne egyértelmű annak helyzete. A szelvény síkjának jelölése megegyezik a metszet síkjának jelölésével.

3.23. ábra - Nézeten kívüli szelvény a szelvény síkjának jelölése nélkül



3.24. ábra - Nézeten kívüli szelvény a szelvény síkjának jelölésével


4. fejezet - Rudak szilárdságtana A gépelemek határozott alakkal és teherbíró képességgel rendelkező szilárd testek. Külső terhelés (erő) hatására megváltoztatják alakjukat. A gépalkatrészek többsége üzemszerűen csak olyan mértékű terhelésnek van kitéve, hogy a terhelés megszűnte után visszanyerik eredeti alakjukat. Ez a rugalmas alakváltozás. Sok szerkezeti anyag képlékeny alakváltozásra is képes, például a szerkezeti acél is. Ebben az esetben, ha a terhelés elég nagy, akkor a terhelés megszűnte után az alkatrész nem nyeri vissza eredeti alakját. Ekkor képlékeny alakváltozásról beszélünk. Ha a terhelés még nagyobb, akkor bekövetkezhet az alkatrész törése, szakadása. A szilárd testek viselkedése, terhelés hatására, általában bonyolult jelenség, ezért mi csak a legegyszerűbb jelenségeket vizsgáljuk. Ezekre a következők jellemzők: • A test rúd alakú, azaz van egy kitüntetett kiterjedési iránya Ebben az irányban lényegesen nagyobb a mérete, mint erre merőlegesen. Ez a rúd hossziránya. Léteznek görbe rudak is, de mi csak egyenes tengelyű, állandó keresztmetszetű, csavarodás mentes rudakkal foglalkozunk. Ezeket prizmatikus rudaknak nevezik. A 4.1. ábrán egy négyzet keresztmetszetű prizmatikus rúd látható. A végkeresztmetszetben bejelöltük a súlypont helyét (S). A rúd súlyvonala az az egyenes vonal, mely az összes keresztmetszet súlypontját tartalmazza. Ennek a vonalnak fontos szerepe van a rudak vizsgálatában, mert ha ismerjük a deformációját (nyúlás, rövidülés,görbülés, csavarodás), akkor jó közelítéssel meg tudjuk határozni bármely keresztmetszet tetszőleges pontjában a feszültségeket, deformációkat, elmozdulásokat.

4.1. ábra - Négyzet keresztmetszetű prizmatikus rúd

A rúd keresztmetszetét a hosszirányára merőlegesen értelmezzük. Ez változatos alakú lehet, az alábbi ábra mutat néhány gyakori esetet.

4.2. ábra - Gyakori rúdszelvények


Rudak szilárdságtana

• A test anyaga lineárisan rugalmas (érvényes a Hooke-törvény) Ez azt jelenti, hogy a testben ébredő feszültségek nagysága egyenesen arányos a deformációk nagyságával. Ez a feltételezés sok szerkezeti anyagra jó közelítéssel igaz, ha a deformáció elég kicsi (a feszültség és deformáció fogalmát később magyarázzuk el). • A test pontjainak elmozdulásai kicsik Ez az elmozdulások és a deformációk közti lineáris kapcsolatot jelent. Ez például abban nyilvánul meg, hogy egy prizmatikus hajlított rúd esetén feltételezzük, hogy a rúd súlyvonalának pontjai csak a súlyvonalra merőlegesen mozdulnak el.

1. Feszültség fogalma A gépelemekre, mint szilárd testekre, a működésük során külső erők hatnak. Ezek átadódhatnak a testre a határoló felületén (pl. hidrosztatikus nyomás), vagy térfogaton megoszló erők is lehetnek (pl. önsúly). Ha egy szilárd test egyensúlyban van, akkor a külső erők nem függetlenek egymástól, hanem a kapcsolatuk egyensúlyi egyenletekkel írható le. Ekkor azonban a test tetszőlegesen kiválasztott darabja is egyensúlyban van, ami csak úgy lehetséges, hogy az erre ható erők is egyensúlyi erőrendszert alkotnak. A kiválasztott darabra, a felületén, erők adódnak át a szomszédos anyagrészekről, és ezek a felületen megoszló erők a test belsejében ébredő feszültségek. A felületen megoszló erők intenzitása helyről-helyre változhat, ezért a feszültség ponthoz kötött fizikai mennyiség. A 4.3. ábra azt szemlélteti, hogy a rúd alakú test egy darabjának egyensúlyához a test belsejében ébredő erők is hozzájárulnak. Ha ugyanis a rudat átvágjuk egy keresztmetszetében („A” jelű keresztmetszet), akkor megszűnik az egyensúly, a levágott rúddarab gyorsuló mozgást fog végezni a végén ható „F” erő hatására. Az átvágással tehát belső erőket távolítottunk el,

4.3. ábra - A rúd minden része egyensúlyban van (bal oldali ábra), a rúd levágott része nincs egyensúlyban (jobb oldali ábra)



Ha az átvágással eltávolított erőket pótoljuk, akkor a levágott rúddarab is egyensúlyban marad. Ez szemlélteti a 4.4. ábra. A keresztmetszetet kisméretű, négyzet alakú tartományokra bontottuk és minden négyzethez berajzoltuk az átadódó erőt.

4.4. ábra - Levágott rúddarab a belső erők feltüntetésével

Ha egy négyzethez tartozó erő nagyságát elosztjuk a négyzet területével, akkor megkapjuk a négyzeten működő átlagfeszültséget. Ha csökkentjük a négyzetek oldalhosszúságát, akkor csökken a négyzet területe és a hozzá tartozó erő nagysága is, de a hányadosuk egy határértékhez tart. Ezt a határértéket feszültségnek nevezzük (4.5. ábra). A feszültség tehát az átlagfeszültségek sorozatának határértéke, vagy másképp fogalmazva:

A feszültség a szilárd test belsejében kijelölt felületen ébredő erőrendszer intenzitása.

4.5. ábra - Feszültség értelmezése



Szemléletesen megfogalmazva a feszültség felületegységre jutó erő, ami a szilárd test belsejében ébred. A feszültségek nagyságának ismerete fontos a tervező számára, mert a szerkezeti anyagokban megengedhető feszültség nagysága korlátozott. Például egyes szerkezetek esetén, szerkezeti acélra, 160 N/mm 2 megengedett feszültséget írnak elő szabványok. A gépészeti gyakorlatban a feszültség leggyakrabban használt mértékegysége: N/mm2. Szilárd testre a határoló felületén is átadódhat erő. Ezt inkább felületi terhelésnek nevezzük (pl. hidrosztatikus nyomás, felületi nyomás, Hertz-feszültség). A feszültség vektormennyiség, melyet célszerű komponensekre bontani, ahogy azt a 4.6. ábra mutatja.

4.6. ábra - Normálfeszültség és csúsztatófeszültség értelmezése

• σ: Normálfeszültség. A keresztmetszet síkjára merőleges feszültségkomponens. • τ: Csúsztatófeszültség. A keresztmetszet síkjába eső feszültségkomponens.

2. Igénybevétel fogalma Láttuk, hogy a rúd átvágási keresztmetszetében belső erők ébrednek (4.7. a. jelű ábra). Ezek az erővektorok természetesen a keresztmetszet bal és jobb oldalán lévő darabra is hatnak. Newton III. törvénye értelmében azonos nagyságúak, közös hatásvonalúak és ellentétes értelműek. Ez a belső erőrendszer redukálható a keresztmetszet súlypontjába. A redukálás eredménye általános esetben egy súlypontban ható erő és egy nyomaték vektor (4.7. b. jelű ábra). Ha a keresztmetszeten megoszló belső erőrendszert (feszültségeket) ezekkel helyettesítjük, akkor a testből levágott (kivágott) darab továbbra is egyensúlyban lesz. Az Fs erő és Ms



nyomaték vektorok komponensekre bonthatók, ahogy azt a 4.7. c. és d. jelű ábra mutatja. A rúdkeresztmetszet igénybevételei ezek alapján a következők: • N: Normál igénybevétel. A keresztmetszet síkjára merőleges erőkomponens. • T: Nyíró igénybevétel. A keresztmetszet síkjába eső erőkomponens. • Mcs: Csavaró igénybevétel. A keresztmetszet síkjára merőleges nyomatékkomponens. • Mh : Hajlító igénybevétel. A keresztmetszet síkjába eső nyomatékkomponens.

4.7. ábra - Rúdigénybevételek értelmezése

Az igénybevételek keresztmetszetenként eltérhetnek. Ha egy rúd mindegyik keresztmetszetében csak egy fajta igénybevétel ébred, akkor a rúd egyszerű igénybevételnek van kitéve. Mindegyik igénybevételhez tartozik valamilyen jellegzetes deformáció, az igénybevételek elnevezése is erre utal. Az igénybevételek értelmezésénél a feszültségekből indultunk ki, de a gyakorlati számítások során az igénybevételeket általában egyensúlyi egyenletekből meg tudjuk határozni. A feszültségeket igénybevételekből számítjuk, feltételezve valamilyen szabályos feszültségeloszlást.

3. Sík keresztmetszetek elve A rudakban ébredő feszültségek, deformációk, elmozdulások számítását jelentősen megkönnyíti egy feltevés, melyet sík keresztmetszetek elvének neveznek. Ezt a tapasztalat és elméleti számítások is alátámasztják. Nem érvényes tetszőleges keresztmetszetű rúdra, de a gyakorlatban fontos esetek többségében igen.

A rúd keresztmetszetei a terhelés után is síkok maradnak, nem torzulnak és a rúd deformált súlyvonalára mindig merőlegesek maradnak. Ennek alapján egy szemléletes képünk lehet a rudak alakváltozásáról. Tekintsünk véges számú, egymástól azonos távolságra lévő keresztmetszetet és legyenek ezek merevek (a keresztmetszetek nem torzulhatnak a feltevésünk szerint). A keresztmetszeteket kössük össze kisméretű, teljesen egyforma csavarrugókkal (4.8. ábra). Így modellezni tudjuk a rúd anyagának viselkedést, amit lineárisan rugalmasnak tekintünk. A rugók is lineáris karakterisztikával rendelkeznek. Az így létrehozott idealizált szerkezetet terheljük meg külső erőkkel. Ennek viselkedése alapján számítani tudjuk a rúd egyes keresztmetszeti pontjaiban a feszültségeket és a deformációkat.

4.8. ábra - Rúdigénybevételek értelmezése



4. Húzó igénybevétel Válasszuk a rúd egy rövid, Δx hosszúságú darabját és a véglapokat terheljük meg a súlypontban ható normál igénybevétellel. A rúdelem akkor lesz egyensúlyban, ha ezek azonos nagyságúak és ellentétes értelműek, ahogy az ábra is mutatja. A véglapokat összekötő rugók nyilván megnyúlnak és erőt fejtenek ki a lapokra. Levezetés nélkül közöljük, hogy egyetlen lap egyensúlyi feltételéből az következik, hogy a rugóerők azonos nagyságúak és ez azt jelenti, hogy a feszültségek a keresztmetszet minden pontjában egyformák és merőlegesek a keresztmetszet síkjára. A normálfeszültség nagysága: σ=N/A, (A=a keresztmetszet területe). Az elmondottakat szemlélteti a 4.9. ábra.

4.9. ábra - Húzott rúdelem viselkedése

Húzó igénybevétel esetén a jellemző deformáció a rúdelem hosszának növekedése. Ha egy teljes rúd minden elemére ez jellemző, akkor a rúd tiszta húzásra van igénybe véve. A 4.10. ábra ilyen terhelésű rudat szemléltet.

4.10. ábra - Példa húzott rúdra



5. Nyomó igénybevétel Hasonló a húzó igénybevételhez. A rúdelem és a rúd hossza csökken (4.11. ábra).

4.11. ábra - Nyomott rúdelem viselkedése

Nyomó igénybevétel esetén a jellemző deformáció a rúdelem hosszának csökkenése. Ha egy teljes rúd minden elemére ez jellemző, akkor a rúd tiszta nyomásra van igénybe véve. A 4.12. ábra egy tisztán nyomásra igénybevett, téglalap keresztmetszetű rudat mutat. A rúd terhelése a jobb oldali véglap súlypontjában ható koncentrált erő. A rúd bal oldali vége befalazott. A nyomó igénybevétel nagysága mindegyik keresztmetszetben egyenlő a rúd végén ható ismert F erővel. Ez biztosítja ugyanis egy tetszőlegesen levágott rúddarab egyensúlyát: N=F. Tetszőleges keresztmetszetben az igénybevétel és a keresztmetszeti terület ismeretében a feszültség számítható: σ=N/A

4.12. ábra - Példa nyomott rúdra 37 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


6. Hajlító igénybevétel A rúdelem véglapjait terheljük a 4.13. árán látható módon hajlító igénybevétellel. A két hajlító igénybevétel nagyságra egyenlő, de ellentétes irányban forgatnak. Ekkor a rúdelem egyensúlyban lesz. A rúdelem súlyvonala meggörbül, de a hossza változatlannak tekinthető. A véglapokat összekötő rugók felül megnyúlnak, alul összenyomódnak. A súlyvonal magasságában lévő rugók hossza nem változik. Levezetés nélkül közöljük, hogy egyetlen lap egyensúlyi feltételéből az következik, hogy a keresztmetszetben a feszültségeloszlás lineáris függvény szerint változik. A legnagyobb feszültségek a keresztmetszet alsó és felső széleinél ébrednek. A maximális normálfeszültség nagysága: σmax=Mh/K, (K= keresztmetszeti tényező, csak a keresztmetszet geometriájától függ). Az elmondottakat szemlélteti a 4.13. ábra. A feszültségeloszlást szemléltető ábrán a deformálatlan állapotú rúdelem-vég van feltüntetve. Ez megfelel annak a közelítésnek, hogy az egyensúlyi egyenleteket a terheletlen alak figyelembe vételével írjuk fel.

4.13. ábra - Hajlított rúdelem viselkedése



Hajlító igénybevétel esetén a jellemző deformáció a rúdelem súlyvonalának meggörbülése. Ha egy teljes rúd minden elemére ez jellemző, akkor a rúd tiszta hajlításra van igénybe véve. A 4.14. ábra ilyen terhelésű rudat szemléltet.

4.14. ábra - Példa hajlított rúdra

7. Csavaró igénybevétel A sík keresztmetszetek elve csavarás esetén csak kör és körgyűrű keresztmetszetekre igaz, ezért a továbbiakban kör keresztmetszetű rudat vizsgálunk. A rúdelem véglapjait terheljük a 4.15. ábrán látható módon csavaró igénybevétellel. A két véglapra ható csavaró igénybevétel nagyságra egyenlő, de ellentétes irányban forgatnak, ezért a rúdelem egyensúlyban van. A rúdelem súlyvonala elcsavarodik, nem görbül meg és a hossza is változatlan marad. A véglapokat összekötő rugók, most nehezen szemléltethetők, ezért ezeket nem ábrázoljuk. Levezetés nélkül közöljük, hogy egyetlen lap egyensúlyi feltételéből az következik, hogy a keresztmetszetben a csúsztató feszültség lineáris függ a sugártól és arra merőleges irányú. A legnagyobb csúsztató feszültség a kerületi pontokban ébred. A maximális csúsztató feszültség nagysága: τmax=Mcs/Kp, (Kp= poláris keresztmetszeti tényező, csak a keresztmetszet geometriájától függ).

4.15. ábra - Csavart rúdelem viselkedése 39 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


Csavaró igénybevétel esetén a jellemző deformáció a rúdelem súlyvonalának elcsavarodása. Ha egy teljes rúd minden elemére ez jellemző, akkor a rúd tiszta csavarásra van igénybe véve. A 4.16. ábra ilyen terhelésű rudat szemléltet.

4.16. ábra - Példa csavart rúdra

A nyíró igénybevétel jelentősége kisebb, mint az előzőekben tárgyalt igénybevételeké és önmagában nem is fordul elő, ezért ezzel nem foglalkozunk. Összetett igénybevételről beszélünk, ha egy keresztmetszetet több egyszerű igénybevétel is terhel. Ebben az esetben az igénybevételek hatásai egymástól függetlenül számolhatók, de a feszültségeket összegezni kell. Erre vonatkozóan feszültségelméletek léteznek, de ezzel szintén nem foglakozunk.


5. fejezet - Anyagvizsgálatok Az anyagvizsgálati eljárások célja a szerkezeti anyagok tulajdonságainak meghatározása mérés segítségével. A mérési eredmények ismeretében eldönthető, hogy milyen körülmények között használható az adott szerkezeti anyag. Fontos tehát az anyagi tulajdonságok ismerete, mert ezek kijelölik az adott szerkezeti anyag alkalmazásának határait. Sokféle anyagi tulajdonság létezik, mi csupán a gyakorlat számára legfontosabb, mechanikai vizsgálatokkal foglakozunk. Ezeknél erőhatásnak tesszük ki a próbatestet és vizsgáljuk annak viselkedését. A következő eljárásokat tekintjük át: • Szakítóvizsgálat • Keménységmérések • Brinell keméységmérés. • Vickers keménységmérés. • Rockwell keménységmérés. • Charpy-féle ütővizsgálat Az ütővizsgálat kivételével a felsorolt eljárások a statikus anyagvizsgálatok csoportjába tartoznak, mert a terhelési folyamat lassú. A Charpy-féle vizsgálatnál ütésszerű a terhelés, ezért ez a dinamikai anyagvizsgáló eljárás. Mindegyik eljárásra szabvány vonatkozik, melyekben részletes előírások találhatók a próbatestek alakjára, méretére, a terhelési folyamatra, a terhelés nagyságára, a mérőberendezésre, stb.

1. Szakítóvizsgálat A vizsgálat során egy szabványos próbatestet húzó jellegű terheléssel szakadásig terhelünk és közben mérjük a terhelő erő és a próbatest megnyúlásának kapcsolatát. A függvénykapcsolatot diagrammban ábrázoljuk. A diagrammból értékes információkat lehet levonni a szerkezeti anyag teherbírására és alakíthatóságára vonatkozóan. A próbatest általában hengeres, de lehet lapos is. Az 5.1. ábrán egy hengeres próbatest látható, melynél a hengeres rész átmérője do=10 mm, a hengeres részen bekarcolással kijelölt két jel távolsága L o=(5-10) do. A próbatest két vége menetes, vagy kúpos kialakítású, hogy a szakítógépbe be lehessen fogni. A próbatest keresztmetszeti területe: A=do2π/4.

5.1. ábra - Szakító próbatest


Anyagvizsgálatok

Szakítógépek kereskedelmi forgalomban kaphatók. A gép elvi kialakítását az 5.2. ábra szemlélteti.

5.2. ábra - Szakítógép elvi kialakítása

A gép egy álló és egy mozgó befogóval rendelkezik, melyekhez a próbatest végei csatlakoztathatók. Az álló befogóhoz egy erőmérő cella van rögzítve, mely a rá ható terheléssel arányos nagyságú villamos jelet bocsát ki. 42 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Anyagvizsgálatok

A mozgó befogót állandó sebességgel lefelé mozgatjuk, ami a próbatest megnyúlását eredményezi. A próbatest, a szilárdságánál fogva, ellenállást fejt ki a mozgatással szemben, ezért a mozgatáshoz időben változó erőre van szükség. A Az erőmérő cella segítségével mérjük a próbatestre ható húzóerőt, és közben mérjük a próbatesten lévő Lo jeltáv változását is. A mérés során minden időpillanatban ismerjük az erő és az elmozdulás (jeltáv változás) értékét, így a kapcsolatuk diagramban szemléltethető. A függőleges koordinátatengelyre azonban az erő helyett feszültség jellegű mennyiséget mérünk fel. A húzóerőt elosztjuk a terheletlen próbatest keresztmetszetének területével (R). Ez lényegében a próbatest hengeres részén, a keresztmetszetben, az átlagfeszültség. A vízszintes tengelyre elmozdulás helyett szintén fajlagos mennyiséget mérünk fel. A jeltáv változását osztjuk a jeltáv kiindulási hosszával, azaz Lo-al (ε). A diagram jellege függ a próbatest anyagától. Más görbét kapunk szerkezeti acél, öntöttvas, alumínium, stb. esetén. Az 5.3. ábrán egy kis szilárdságú szerkezeti acél (lágyacél) szakítódiagramját közöljük egyszerűsített formában, kiemelve a diagram jellegzetességeit.

5.3. ábra - Lágyacél szakítódiagramja

A diagram tengelyein jelölt adatok elnevezései: • R: Névleges feszültség a próbatestben (R=F/Ao). • ε: Próbatest fajlagos nyúlása (ε=(L-Lo)/Lo). • Rp: Arányossági vagy rugalmassági határ. • ReL : Alsó folyáshatár. • ReH : Felső folyáshatár. • Rn : Szakítószilárdság. • A: Szakadási nyúlás (vízszintes tengelyen) (A=(Lu-Lo)/Lo). A fentiek közül egyes mennyiségek értelmezéséhez felhasználtuk a következő adatokat: • F: Próbatestet terhelő húzóerő.


Anyagvizsgálatok

• Lo: Terheletlen próbatesten lévő jelek távolsága. • L: Terhelt próbatesten lévő jelek távolságának mért értéke. • Lu: Szakadás után az összeillesztett próbatestek jeleinek távolsága. • Ao: Terheletlen próbatest keresztmetszetének területe. A diagramon jellegzetes szakaszok figyelhetők meg, melyek a következő módon jellemezhetők: • OA: tisztán rugalmas alakváltozás szakasza A diagramnak ez a szakasza jó közelítéssel egyenesnek tekinthető. Az egyenes iránytangense anyag rugalmassági modulusa, amit általában „E” betűvel jelölnek. Lágyacél esetén ennek értéke körülbelül 210000 N/mm2. Az alakváltozás rugalmas, azaz, ha megszűnik a terhelés, akkor a próbatest visszanyeri eredeti alakját, nem lesz maradó nyúlása. • AB: kismértékű maradó alakváltozás szakasza Ha erről a szakaszról történik a próbatest leterhelése, akkor terheletlen állapotban a jeltáv valamivel nagyobb lesz, mint az Lo érték, mert kismértékű maradó alakváltozás lépett fel. • BC: folyási szakasz A valóságban, a szakaszon belül hirtelen emelkedő és csökkenő szakaszok váltják egymást, idealizálva azonban vízszintesnek tekinthetjük a BC szakaszt. Jellemzője, hogy a próbatest nyúlása időben növekszik, anélkül, hogy a terhelése lényegesen változna. Szívós anyagok esetén, szilárdsági méretezéskor, általában az ReH felső folyáshatárból számítjuk a szerkezeti anyagra megengedett feszültséget. Lágyacél esetén ennek értéke körülbelül 240 N/mm2. A szakaszhoz tartozik az ReL alsó folyáshatár is, ami kissé eltér a felső folyáshatártól. • CD: felkeményedés szakasza A nyúlást növelve, növekszik az anyag ellenállása, azaz növekvő nyúláshoz növekvő húzóerő tartozik. A szakasz végén, a „D” jelű ponthoz tartozik a szakítószilárdság. A „D” pontnak megfelelő állapotban terheli a legnagyobb húzóerő a próbatestet. Ettől nagyobb ellenállást a próbatest nem képes kifejteni. A „D” pontig nem tapasztalunk lényeges keresztmetszet változást a próbatesten. • DE: kontrakció szakasza Növekvő nyúláshoz csökkenő húzóerő tartozik. A próbatest keresztmetszete érzékelhetően csökken, kontrahál, és a folyamat végén bekövetkezik a szakadás. Ha csak a vasötvözeteket tekintjük, akkor is sokféle szakítódiagrammal találkozhatunk. Az 5.4. ábra egy nemesített acél és egy edzett acél szakítódiagramját szemlélteti.

5.4. ábra - Lágyacél szakítódiagramja


Anyagvizsgálatok

A fenti két diagramon nem látható folyási szakasz, edzett acél diagramja pedig lényegében csak tisztán rugalmas alakváltozási szakaszából áll. Ha nincs kifejezett folyáshatára az anyagnak, akkor definiálunk egy úgynevezett egyezményes folyáshatárt. Ez az a feszültség, amely esetén a próbatest maradó nyúlása, leterhelés után, 0,2 %. A szakítódiagram ismeretében a következő módon jellemezhetjük a szerkezeti anyagokat alakíthatóság tekintetében: • Rideg anyagok Csak rugalmas alakváltozásra képesek, nincs maradó alakváltozásuk (edzett acél, szürke öntvény, üveg). Ütés hatására könnyen megrepednek, nincs képlékeny teherbírási tartalékuk, a törés látható előjelek nélkül következik be. • Szívós anyagok Szakadás előtt felkeményednek és jelentős maradó alakváltozásra képesek (lágyacél, nemesített acél). Ütés hatására nem hajlamosak a repedésre, jelentős a képlékeny teherbírási tartalékuk, törés előtt nagymértékű alakváltozást mutatnak. • Képlékeny anyagok A szakítódiagramon nincs felkeményedési szakasz, szakadás előtt hosszú folyási szakasz van. (ólom). A szívós és képlékeny anyagokat alakítható anyagoknak is nevezik. Az 5.5. ábra rideg és szívós anyagból készült próbatestet mutat szakadás utáni állapotban.

5.5. ábra - Rideg illetve szívós anyagból készült próbatest szakadás után


Anyagvizsgálatok

2. Keménységmérési eljárások Sok gépalkatrész csak akkor töltheti be megbízhatóan feladatát, ha a felülete kellően kemény. Egymáson elcsúszó felületek kevésbé kopnak, ha kemények (fogaskerekek, érintkező tömítések), kemény anyagból készült szerszámok hosszú ideig élesek maradnak (lemezvágó olló, csigafúró), kemény anyagok gördülése esetén kicsi a gördülési ellenállás ( gördülőcsapágy). A felületi keménység elsősorban hőkezeléssel befolyásolható. Az ilyen eljárások után azonban méréssel is meg kell győződni arról, hogy a szükséges keménységet elértük. Erre alkalmasak a különféle keménységmérési eljárások. A keménységmérési eljárások statikus anyagvizsgáló eljárások, melyeknél egy kemény anyagból készült szerszámot, szabványos körülmények között, a vizsgálandó anyag felületébe nyomunk. A kemény szerszám maradó nyomot hagy a vizsgált anyag felületén. A nyomóerő és a lenyomat ismeretében a keménységre számszerű definíció adható. A szerszám keménysége nyilván lényegesen nagyobb kell legyen, mint a vizsgált anyag keménysége. • Brinell keménységmérés Ennél az eljárásnál egy edzett acélból készült golyót nyomunk a próbatest felületébe. A golyó átmérője 1-10 mm tartományból választható és a nyomóerők is szabványosítva vannak. A vizsgált anyag vastagsága ne legyen kisebb, mint a golyó sugara. Az 5.6. ábra a mérés elvét szemlélteti.

5.6. ábra - Brinell keménységmérés elve


Anyagvizsgálatok

A keménység mértékének definíciója

• F: Terhelő erő, [N] • Ad: Gömbsüveg alakú lenyomat felülete, [mm2] A mérés során a berendezés felnagyítja a lenyomat képét és a d méretet képernyőről kell leolvasni. D és d ismeretében a lenyomat felülete számítható, amit szintén a berendezés végez el. A számításból feszültség jellegű mennyiséget kapunk, de a Brinell keménységet mértékegység nélküli számnak tekintjük. A 0,102 szorzótényező azért szerepel a képletben, mert régen az erő mértékegysége Kp-volt. A tényezőt alkalmazva nem történt változás a Brinell keménység számértékében az SI mértékegységrendszer bevezetés után sem. Az eljárást viszonylag puha fémek keménységének mérésére használják: lágyacél, öntöttvasak, színes- és könnyűfémek. Acélok esetén a Brinell keménységek a 96-450 tartományba esnek. Az eljárás előnyei: • Átlagos keménységet mér, mert a golyó viszonylag nagy átmérőjű (inhomogén anyagnál előnyös). • Következtetni lehet a szakítószilárdságra. Tapasztalati képlet: Rm≈3,5 HB [N/mm2]. Az eljárás hátrányai: • A lenyomat viszonylag nagy, roncsolja a felületet. • Vékony munkadaraboknál nem alkalmazható. • A lenyomat „d” méretének leolvasása szubjektív hibával terhelt. • Brinell keménység mérése Poldi-kalapáccsal A telepített keménységmérő berendezéssel csak viszonylag kisméretű alkatrész vizsgálható. Sokszor azonban az alkatrész nagyméretű és a mérést a helyszínen, nem laboratóriumban, kell elvégezni. Ilyen mérésre alkalmas, az úgynevezett Poldi-kalapács. A hordozható eszköz kézbe fogható, működési elvét az 5.7. ábra szemlélteti.

5.7. ábra - Poldi-kalapács működési elve

Poldi-kalapács használata esetén nincs szükség erőmérésre, mert azt lenyomat átmérőjének mérésével helyettesítjük. A méréshez egy ismert keménységű etalon rudat is használunk. A vizsgáló acélgolyó, kalapácsütés hatására belenyomódik a munkadarab és az etalon felületébe is. Csupán ezek átmérőit kell lemérni és a munkadarab felületének keménysége a következő képlettel számítható:


Anyagvizsgálatok

• HB: Munkadarab Brinell keménysége • HBe: Etalon Brinell keménysége • Ad: Munkadarabon lévő lenyomat átmérője [mm] • Ade: Etalonon lévő lenyomat átmérője [mm] • Vickers keménységmérés A vizsgálat során egy 136°-os lapszögű gyémánt gúlát nyomnak a felületbe ismert nagyságú erővel. A gyémántgúla maradó lenyomatot hagy a felületen, melynek az átlója (d) nagyító segítségével lemérhető. A „d” átló és a gúla lapszögének ismeretében kiszámítható a lenyomat Ad felülete. A benyomó erő viszonylag kicsi: 10-100 N. A vizsgált anyag „v” vastagsága legalább akkora legyen, mint a szerszám benyomódásának 10-szerese (v≥10t). A keménység mérőszáma a Brinell eljárásnál megismert módon számítható a következő képlettel:

• F: Terhelő erő, [N] • Ad: Gúla alakú lenyomat felülete, [mm2] Az eljárásnak létezik kisebb terhelésű változata is, amit micro-Vickers eljárásnak neveznek. Ezzel vékony lemezek, fóliák, rétegek de akár szövetelemek keménysége is mérhető. Az 5.8. ábra a mérés elvét szemlélteti.

5.8. ábra - Vickers keménységmérés elve

Az eljárás előnyei: • Pontosabb, mint a Brinell eljárás. • Bármilyen keménységű anyag vizsgálható vele. • Kismértékű a felület roncsolása. • Vékony munkadarab is vizsgálható. • Keménységeloszlás is vizsgálható. • Rockwell keménységmérés


Anyagvizsgálatok

Az eljárás során egy 120° kúpszögű gyémántkúpot nyomunk a felületbe és mérjük a kúp benyomódását. A mérési eredmények megbízhatóbbak, ha először csak egy kicsi előterhelést alkalmazunk és ezután egy nagyobb főterhelést. Mérjük a gyémántkúp maradó benyomódását a főterhelés hatására (h). A keménység mérőszámát a következő képlettel számoljuk:

• h: Gyémántkúp maradó benyomódása a főterhelés hatására [mm]. A mérés elvét az 5.9. ábra szemlélteti.

5.9. ábra - Rockwell keménység mérési elve

A fenti ábra jelöléseinek értelmezése: • Fo: Előterhelés. • F1: Főterhelés • h1: Szerszám benyomódása az előterhelés hatására. • h2: Szerszám benyomódása a főterhelés hatására. • h3: Főterhelés hatására történő benyomódás rugalmas része. • h: Főterhelés hatására történő benyomódás képlékeny (maradó) része. Az eljárás előnyei: • Gyors, egyszerű, az eredmény közvetlenül leolvasható. • Jól automatizálható, sorozatmérésre alkalmas. • Bármilyen keménységű anyag vizsgálható. • Kismértékű a felület roncsolása. • Vékony munkadarab is vizsgálható. Az eljárás hátrányai: • Pontatlanabb, mint a Brinell, vagy a Vickers-eljárás

3. Charpy-féle ütővizsgálat 49 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Anyagvizsgálatok

Dinamikus anyagvizsgáló eljárás, mert a terhelés ütésszerűen éri a próbatestet. A vizsgálat segítségével a szerkezeti anyag ütőmunkája állapítható meg. A szívós anyagoknak nagy az ütőmunkájuk, a rideg anyagoknak kicsi, de ez a hőmérséklettől, a feszültségi állapottól és egyéb tényezőktől is függ. Főleg alacsony hőmérsékleten üzemelő berendezéseknél fontos, hogy az anyag ne váljon rideggé. A vizsgálat során egy négyzetes hasáb alakú bemetszett próbatestet egy inga végére helyezett súllyal eltörünk. Az inga tömegéből és annak helyzetéből az alábbi képlettel kiszámítható a törésre fordított munka.

• m: Inga végén lévő pontszerűnek tekintett tömeg nagysága. • g: Nehézségi gyorsulás. • H: Inga végén lévő tömeg helyzete az inga indításakor. • h: Inga végén lévő tömeg szélső helyzete a próbatest eltörése után. A mérés elrendezése az 5.10. ábrán látható.

5.10. ábra - Chrarpy-féle ütővizsgálat elrendezése


6. fejezet - Fémes szerkezeti anyagok Gépalkatrészek és szerszámok gyártására felhasznált anyagokat nevezzük szerkezeti anyagoknak. Ezek jellemzően szilárd halmazállapotúak, meghatározott alakkal és teherbíró képességgel rendelkeznek. A gépészetben a fémek a legelterjedtebb szerkezeti anyagok, ezért a következőkben a fémek néhány fontos tulajdonságát ismerjük meg. Ezen tulajdonságok ismerete főleg a fémek hőkezelése során bizonyul hasznosnak.

1. Fémek kristályszerkezete A fémek atomjai a térben szabályos geometriai rend (mintázat) szerint helyezkednek és így egy térbeli rácsot (kristályrácsot) alkotnak. A kristályrács elemi cellából, annak eltolásával felépíthető. Az elemi cella az a legkisebb, szabályos, térbeli geometriai alakzat, melynek jellegzetes pontjaiban atomok (molekulák) helyezkednek el és melynek eltolásával a tökéletes kristály felépíthető. Az elemi cella jellegzetes pontjai a csúcspontok, lapközepek, oldalfelező pontok, de egyéb pontok is lehetnek. Ha az atomok csak az elemi cella csúcspontjaiban helyezkednek el, akkor primitív rácsról beszélünk. A gyakorlatban használt 25-30 fémnél 3 különböző elemi cella típust figyelhetünk meg: • Szabályos (kocka alakú) • Tetragonális (egyenes négyzetes hasáb alakú) • Hexagonális (egyenes hatszög alapú hasáb alakú)

6.1. ábra - Primitív kristályrács elemi cellák

A szabályos kristályos szerkezet gépalkatrészek esetén nem terjed ki az alkatrész teljes térfogatára, hanem csak kisebb tartományokra, ezért ezeket polikristályos anyagoknak nevezzük. A szabályos kristályszerkezet legfeljebb kisebb tartományokon figyelhető meg: homogén szövetelemeknél (szemcséknél), vagy inhomogén szemcsék részeinél. A kristályrács még ezeknél a kis tartományoknál sem tökéletes, hanem rácshibákkal terhelt. A szabályos kristályok általában anizotrópok, azaz egyes tulajdonságaik iránytól függnek. A polikristályos anyagok azonban izotrópok, mert a rendezettnek tekinthető résztartományok egymáshoz viszonyított elhelyezkedése véletlenszerű. A kristályosodás folyamatát szemlélteti a 6.2. ábra.

6.2. ábra - Kristályosodás folyamata


Fémes szerkezeti anyagok

Anizotróp viselkedés polikristályos anyagoknál is kialakulhat a gyártástechnológia hatására. Például hengerlés során a fémek szemcséi a hengerlés irányában jobban nyúlnak, mint arra merőlegesen és ez a mechanikai tulajdonságokban is megnyilvánul. Sok kristályos anyag többféle kristályszerkezetű is lehet, a körülményektől (hőmérséklet, nyomás) függően.Ezt a jelenséget polimorfizmusnak nevezzük. Például a szén a grafitban hexagonál rácsú, a gyémántban köbös rácsú. Fémek esetében ezt a jelenséget allotrópiának nevezik. Vas esetében is megfigyelhető ez a jelenség: • α-vas: térben középpontos kockarácsú, • γ-vas felületen középpontos kockarácsú. Hőkezelések során, sok esetben megváltoztatjuk az anyag kristályszerkezetét és ezzel a tulajdonságait is. Például az acélok edzése során a felületen középpontos kockarácsú vasötvözet átalakul tetragonál szerkezetűvé. Ennek a keménység növekedés lesz a következménye. A kristályszerkezeti átalakulások kapcsán célszerű bevezetni egy új fogalmat, a fázis fogalmát. Ha megváltozik az anyag kristályszerkezete, akkor az anyag egy újabb állapotba kerül, annak ellenére, hogy a kémiai összetétele nem változik meg. Az olyan szerkezeti változást, ami az anyagot alkotó atomok, molekulák egymáshoz való viszonyát lényegesen érinti, de a kémiai tulajdonságokban nem okoz változást, fázisátalakulásnak nevezzük, az anyag különböző állapotait pedig fázisoknak. A fázis fogalma a halmazállapot fogalmának kibővítéseként is felfogható, ugyanis a halmazállapot változások során is lényeges változás következik be az atomok, molekulák egymáshoz való viszonyában. Halmazállapot változás egyúttal fázisátalakulást is jelent. Fázisátalakulás azonban bekövetkezhet halmazállapot változás nélkül is, szilárd halmazállapotban. Egy rendszerben egy vagy több kémiai komponens különféle fázisokban is előfordulhat, de ekkor az egyes fázisok tartományait határfelület választja el egymástól (pl. víz és jég egy edényben).

2. Fémes ötvözetek kristályszerkezete Kémiai összetételt tekintve a fémes szerkezeti anyagok két alapvető csoportba sorolhatók: • Színfémek • Ötvözetek Színfémeket ritkán használnak szerkezeti anyagként, mert előállításuk körülményes (így drágák is) és az ötvözetek általában kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkeznek. A fémes ötvözetek egy fém és más anyagok keveredése útján létrejövő fémes tulajdonságú anyag. Az összetevőket (komponensek) általában olvasztással elegyítjük, de ötvözet diffúzió révén is keletkezhet. Ötvöző anyagok lehetnek: • Fémek (Cr, Ni, Mn, Al) • Metalloidok (B, Si, C) • Nemfémes anyagok (P) Az ötvöző anyag különböző formában lehetnek jelen a szilárd fázisú ötvözetben: 52 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


• Szubsztitúciós vagy intersztíciós szilárd oldatban • Tiszta komponensként. • Vegyületként Szilárd oldat esetén az alapfém és az ötvöző anyag atomjai közösen építik fel az alapfém kristályrácsát, de nem alkotnak vegyületet. Ha az ötvöző anyag atomjának mérete hasonló az alapfém atomjának méretéhez, akkor szubsztitúciós szilárd oldat lehetséges, amit az jellemez, hogy az ötvöző anyag atomja az alapfém kristályrácsában helyettesít egy alapfém atomot, azaz a helyébe lép (pl. a króm az ötvözött acélban). Ha az ötvöző anyag atomja lényegesen kisebb, mint az alapfém atomja, akkor az ötvöző atom beékelődhet az alapfém kristályrácsába. Az elmondottakat szemlélteti a 6.3. ábra.

6.3. ábra - Szilárd oldat típusai

Az ötvöző anyag önálló fázisként is jelen lehet az ötvözetben. Ez tiszta komponenst vagy vegyületet jelent. Például a szén a szürke öntvényben önálló grafitszemcsék formájában van jelen, azaz tiszta komponensként. Acélokban a szén Fe3C, vaskarbid formában is jelen lehet (ezen kívül szilárd oldatban is), ami egy önálló vegyület. Az ötvöző anyag jellege, mennyisége és a hűtési körülmények befolyásolják azt, hogy az ötvöző anyag milyen formában lesz jelen az ötvözetben, és így változatos anyagi tulajdonságokat lehet elérni.

3. Fémek szövetszerkezete A gépalkatrészek, ritka kivételtől eltekintve, polikristályos szerkezetűek, tehát a szabályos kristálytani rendezettség nem terjed ki az alkatrész teljes térfogatára, hanem csak mikroszkópikus méretű tartományokra. Fémmikroszkóp segítségével, csiszolt és maratott fémfelületen, néhány százszoros nagyításban megfigyelhető a fémek egyfajta szerkeze, melyet szövetszerkezetnek nevezünk. Az alábbi ábra egy Fe-C ötvözetről készült mikroszkópos felvételt (bal oldali ábra) és annak sematikus vázlatát (jobb oldali ábra) mutatja. A képen határvonalakkal elválasztott tartományok fedezhetők fel. Az a tartomány alkot egyetlen szemcsét (szövetelemet, krisztallitot), melynek látható határvonala van. A szemcsén belül elhelyezkedő határvonallal rendelkező tartományokat nem tekintjük önálló szemcséknek. Beszélhetünk tehát homogén és inhomogén szemcsékről is. A 6.4. ábra jobb oldalán lévő sematikus képen a fehér és fekete tartományok önálló, homogén szemcsék. A sraffozott tartományok szintén önálló szemcsék, de inhomogének. Határvonalukon belül kisebb, homogén tartományokat figyelhetünk meg. Ezek nem önálló szemcsék, hanem valamely anyag fázisai.

6.4. ábra - Egy Fe-C ötvözet szövetszerkezete, mikroszkópos felvételen és sematikusan



4. Színfémek kristályosodása A kristályszerkezeti és szövetszerkezeti változások hűtés és melegítés során következnek be és fontos annak ismerete, hogy milyen változások, milyen hőmérsékleten történnek. A fémek hőkezelésénél ennek alapvető jelentősége van. Először színfémek esetén nézzük meg, hogy lassú hőmérsékletváltozás esetén, milyen szerkezeti változások figyelhetők meg az anyagban. Egyes fémeknél nincs fázisátalakulás szilárd halmazállapotban, más fémeknél van. Ez a tény a hűtési és melegítési görbén is érzékelhető, ha diagramon ábrázoljuk egy edényben lévő fém hőmérsékletét az idő függvényében. A 6.5. ábra olyan fémre vonatkozik, melynél nincs allotróp átalakulás, azaz szilárd halmazállapotban fázisátalakulás. Ilyen fém például az alumínium. Az ábrák azt mutatják, hogy a görbéken vízszintes törés van a szilárd-folyadék fázisátalakuláskor. Ez melegítéskor azt jelenti, hogy a melegített rendszer hőmérséklete nem növekszik, amíg a fázisátalakulás nem fejeződött be. A bevezetett hő a fázisátalakulás energiaigényét fedezi. Az olvadáspont hőmérsékletén egyidejűleg lesz jelen szilárd és folyadék fázis is. Ha a rendszerben befejeződött a fázisátalakulás, akkor a hőbevitel miatt nő a rendszer hőmérséklete is.

6.5. ábra - Színfém melegítése és hűtése, melynél nincs allotróp átalakulás

Más fémeknél van allotróp átalakulás, ilyen például a vas is. A 6.6. ábra színvas esetén mutatja a melegítési és hűtési görbét.

6.6. ábra - Színvas melegítése és hűtése, van allotróp átalakulás



A melegítési és hűtési görbék alapján megállapíthatjuk, hogy a színfémeknek határozott olvadáspontjuk van. A fázisátalakulásokat a görbéken töréspontok jelzik.

5. Kétalkotós ötvözetek kristályosodása Ötvözetek esetén, természetesen a komponensek arányától is függ a hűlési és melegítési görbe. A görbékből általában csak a fázisátalakulások hőmérsékletére van szükségünk, ezért egyetlen diagramban ábrázolhatjuk ezeket, ha az egyik tengelyen az ötvözet komponenseinek arányát tüntetjük fel. Ezeket a diagramokat fázisátalakulási diagramoknak, vagy egyensúlyi diagramoknak is nevezzük. Az egyensúlyi diagram elnevezés arra utal, hogy a változások viszonylag lassúak, azaz minden állapot egyensúlyinak tekinthető. Vannak jellegzetes fázisátalakulási diagramok, ezek közül mi csak kettőt mutatunk be. • A két alkotó folyékony és szilárd halmazállapotban is korlátlanul oldja egymást A 6.7. ábra erre az esetre érvényes diagramokat mutat (pl. Cr-Ni ötvözet esetén ez a helyzet). A bal oldali hűtési görbék közül a középső vonatkozik ötvözetre, a másik kettő pedig az egyes komponensekre. Látható, hogy az ötvözet dermedése hőmérséklet tartományban történik, ellentétben a színfémekkel. Ez azt jelenti, hogy a szilárd és a folyékony fázis együtt nem csak egyetlen hőmérsékleten lehet jelen, hanem egy hőmérséklet tartományban. A jobb oldalon, az egyensúlyi diagramon, két görbe látható: likvidusz görbe és szolidusz görbe. A likvidusz görbéről leolvasható, hogy egy adott összetételű ötvözet dermedése milyen hőmérsékleten kezdődik, a szolidusz görbéről pedig az, hogy milyen hőmérsékleten fejeződik be.

6.7. ábra - Kétalkotós ötvözet hűlési görbéi és egyensúlyi diagramja, „a” típus



• A két alkotó folyékony állapotban korlátlanul oldja egymást, szilárd halmazállapotban egyáltalán nem oldódnak egymásban és vegyületet sem alkotnak Az ilyen ötvözet komponensei szilárd halmazállapotban önálló fázisokat alkotnak (6.8. ábra).

6.8. ábra - Kétalkotós ötvözet hűlési görbéi és egyensúlyi diagramja, „b” típus

Ezen a diagramon megfigyelhető, hogy van egy olyan összetételű ötvözet, mely dermedés szempontjából úgy viselkedik, mint a színfémek, azaz nem hőmérséklet tartományban dermed, hanem egy meghatározott hőmérsékleten. Ezt az ötvözetet eutektikus ötvözetnek nevezzük.

6. Vasötvözetek A gépiparban a vasötvözetek képezik a szerkezeti anyagok legfontosabb csoportját, annak ellenére, hogy az alumíniumötvözetek, műanyagok, kerámiák és kompozitok egyre nagyobb teret hódítanak. A vasötvözetek olyan vas alapú ötvözetek melyekben a vastartalom, a tömeget tekintve, legalább 50%, de kevesebb, mint 99,9%. A vasötvözetek legfontosabb ötvözője a szén, mivel ennek mennyiségét (arányát) változtatva, széles határok között változtathatók az ötvözet különböző tulajdonságai. A gépiparban a mechanikai tulajdonságok a legfontosabbak, például folyáshatár, szakítószilárdság, szakadási nyúlás, keménység, ütőmunka, stb. A 56 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


továbbiakban mi csak olyan kétalkotós vasötvözetekkel foglalkozunk, melyekben a szén az ötvöző anyag. Természetesen, ezekben az anyagokban is előfordulnak szennyező anyagok (kén, foszfor), de a vasgyártás során ezek arányát igyekeznek minél kisebb értéken tartani. A vasötvözetek a széntartalmuk alapján két alapvető csoportba sorolhatók: • Acélok: olyan Fe-C ötvözetek, melyek C tartalma 2%-nál kisebb. • Öntöttvasak: olyan Fe-C ötvözetek, melyek C tartalma 2% és 6,7% között van. Az acélok és öntöttvasak tulajdonságai jelentősen eltérnek. • Technológiai tulajdonságaikat tekintve általánosságban elmondható, hogy az acélok jól kovácsolhatók, de rosszul önthetők. Az öntöttvasak jól önthetők, de rosszul kovácsolhatók. • Mechanikai tulajdonságokat tekintve az a jellemző, hogy az acélok szívósak, az öntöttvasak ridegek. A vasötvözetek kristályosodását, szövetszerkezetét a hőmérsékletváltozás sebessége is jelentősen befolyásolja és ezt a hőkezelések során ki is használjuk. Először vizsgáljuk azt az esetet, amikor megolvadt állapotból viszonylag lassan hűl a Fe-C ötvözet. Ekkor a C grafit formájában nem tud kiválni, hanem csak vaskarbid formában. Az alábbi egyensúlyi diagramot vas-szén állapotábrának is nevezik. A vízszintes tengelyen a széntartalom van feltüntetve, tömegszázalékban. A maximális széntartalom 6,7%, mert ilyen összetétel esetén a rendszer teljes egészében Fe3C vegyületből áll.

6.9. ábra - Vas-szén állapotábra, metastabil átalakulás

A diagramban lévő vonalak a fázisátalakulásokhoz tartozó hőmérsékleteket jelzik. Ha kijelölünk egy ötvözetjelző vonalat (függőleges vonal), akkor az elmetszi a fázisátalakulások vonalait, és a metszéspontokban leolvashatjuk a fázisátalakulások hőmérsékleteit. A likvidusz vonal felett folyékony fázisú az anyag, a likvidusz és szolidusz vonal között folyadék és szilárd fázis együtt van jelen, a szolidusz vonal alatt csak szilárd fázis van. Szilárd fázisban két homogén tartomány van: γ-vas fázis, α-vas fázis. Ezeket az ábrán sraffozással jelöltük. A γvas fázisban felületen középpontos kockarácsú a kristályszerkezet, a szén intersztíciós szilárd oldatot képez a vassal. Az α-vas fázisban térben középpontos kockarácsú a kristályszerkezet, a szén elvileg intersztíciós szilárd 57 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


oldatot képez a vassal, de csak nagyon kis mennyiségű szén képes oldatban maradni. Az α-vas fázis elemi vasnak tekinthető, mivel a széntartalma elhanyagolható. Szobahőmérsékleten csak két fázis lehet jelen: α-vas fázis és vaskarbid fázis.

7. Metastabil átalakulás szövetelemei Hűlés során kialakul a vas-szén ötvözet szövetszerkezete is. A szövetszerkezet szövetelemekből épül fel. A szövetszerkezet lehet olyan, hogy csak egy fajta szövetelemből áll, de lehet olyan is, hogy több fajta szövetelem alkotja. A vas-szén állapotábrán bejelöltük a fontosabb szövetelemek tartományait is. • Ausztenit Fontosabb tulajdonságok: • Egyfázisú szövetelem. • Rácsszerkezete szabályos, felületen középpontos. • Legfeljebb 2,14% szenet képes oldatban tartani 1147 oC-on. • Jól alakítható, szívós. • 727 °C felett stabil (széntartalomtól is függ, lásd a 6.9. ábrát). • Ötvözőkkel (pl. Cr, Ni szobahőmérsékleten is stabillá tehető, ausztenites saválló acél.)

6.10. ábra - Ausztenites szövetszerkezet, mikroszkópos felvétel

• Ferrit Fontosabb tulajdonságok: • Egyfázisú szövetelem. • Rácsszerkezete szabályos, térben középpontos. • Legfeljebb 0,022% szenet képes oldatban tartani szobahőmérsékleten. Elemi vasnak tekinthető. • Jól alakítható, lágy. • 768 °C alatt mágnesezhető. 58 Created by XMLmind XSL-FO Converter.


Tisztán ferrites szövetszerkezetű vasötvözetet nem használunk szerkezeti anyagként. A ferrit más szövetelemekkel együtt fordul elő (pl. perlit, cementit). Az alábbi ábrán az összefüggő fehér tartományok a ferrit szemszék, melyek mellett perlit és cementit szemcsék is vannak.

6.11. ábra - Ferrit szemcséket tartalmazó szövetszerkezet

• Perlit Fontosabb tulajdonságok: • Kétfázisú, eutektoidos szövetelem. • A szemcsék széntartalma 0,76%. • A szemcsén belüli vaskarbid fázisú lemezek találhatók, melyeket α-vas fázis vesz körül. • A vaskarbid lemezek vastagsága függ a hűtés sebességétől. Gyorsabb hűtés vékonyabb lemezeket eredményez. • A durva perlit lágy, könnyen megmunkálható, a finomabb perlit keményebb és szívósabb. • 727 °C alatt stabil.

6.12. ábra - Perlites acél szövetszerkezete



• Cementit Fontosabb tulajdonságok: • Egyfázisú szövetelem. • Fe3C vegyület, C tartalma 6,7%. • Önmagában nagyon kemény, nem alakítható.

8. Szövetelemek gyors hűtés esetén Az olvadék gyors hűtése esetén más szövetelemek is kialakulhatnak, melyek a következők: • Bainit • Martenzit • Bainit Fontosabb tulajdonságok: • Heterogén, kétfázisú szövetelem. • A szemcsén belüli α-vas alapanyagba Fe3C korongok vannak beágyazva. • Szívós, a perlitnél keményebb a martenzitnél lágyabb szövetelem. Képződése • Izotermás átalakulással. Ekkor az ausztenites acélt 400 °C-os sófürdűbe tesszük és ott hőntartjuk. • Folyamatos hűtéssel is létrehozható, de ekkor az átalakulás nem 100%-os. • Ausztenitből diffúziós átalakulással jön létre. Az átalakulás α-vas csírák megjelenésével kezdődik.

6.13. ábra - Bainites acél mikroszkópos felvétele



6.14. ábra - Bainit keletkezése izotermás átalakulással

• Martenzit Fontosabb tulajdonságok: • Rácsszerkezete tetragonális. • Homogén, egyfázisú, tű alakú szövetelem. • Kemény, rideg, nem alakítható. Képződése



• Ausztenitmezőből, kritikusnál nagyobb hűtési sebességgel hűtve az alkatrészt a γ-α átalakulás lezajlik, de a C diffúziójára nincs idő, ezért a szénatomok bennrekednek a kristályrácsban. Nagy hűtési sebesség elérhető vízbe, vagy olajba mártással.

6.15. ábra - Martenzites acél mikroszkópos felvétele

6.16. ábra - Martenzit keletkezése folyamatos hűtéssel


7. fejezet - Acélok hőkezelése A hőkezelés olyan technológiai eljárás, amelynél egy munkadarab hőmérsékletét tervszerűen változtatjuk annak érdekében, hogy az anyag tulajdonságait kedvezően befolyásoljuk. Sokféle hőkezelési eljárás létezik, de ezeknek vannak közös jellemzőik, melyek a következők: • Az alkatrész szilárd halmazállapotban marad, nem olvad meg. • Változhat a kristályszerkezet. • Változhat a szövetszerkezet (szövetelemek típusa, mérete). • Legalább 3 szakaszból áll: felhevítés, hőntartás, lehűtés. • A kémiai összetétel legtöbbször változatlan (kivéve a felületi ötvöző hőkezeléseket, pl. betétedzés). A hőkezelés célja alapján csoportosíthatjuk a különféle eljárásokat. • Feszültségcsökkentő hőkezelés • Lágyító hőkezelések • Egyszerű lágyítás • Keményítő hőkezelések • Edzés • Betétedzés • Szívósságfokozó hőkezelések • Nemesítés • Normalizálás

1. Feszültségcsökkentő hőkezelés • Célja: alakításból (hegesztés, öntés, kovácsolás) származó feszültségek leépítése. • Elve: az acélok folyáshatára 300 °C felett rohamosan csökken. • Módja: hőntartás 500-600 °C-on néhány óráig, majd lehűtés kemencében. • Jellemzői: nincs szövetszerkezeti változás, nincs átkristályosodás. Az alábbi munkameneti ábra szemlélteti a hőmérsékletváltozás folyamatát.

7.1. ábra - Feszültségcsökkentő hőkezelés munkameneti ábrája


Acélok hőkezelése

2. Egyszerű lágyítás • Célja: leglágyabb szövet elérése további megmunkálások megkönnyítése céljából (kovácsolt és öntött alkatrészeknél). • Elve: ha a vaskarbid lemezek és korongok gömb alakúak, akkor lágyabb lesz az anyag, új szövetelem keletkezik, szferoidit. • Módja: hőntartás 700 °C-on néhány óráig, lassú hűtés kemencében. • Jellemzői: van szövetszerkezeti változás (vaskarbid gömbösödése), nincs átkristályosodás, általában nem végső hőkezelés. • Szövet: szferoidit

7.2. ábra - Egyszerű lágyítás munkameneti ábrája

7.3. ábra - Vaskarbid lemezek felbomlása, szferoidit kialakulása



7.4. ábra - 0,76% széntartalmú acél szövetképe lágyítás előtt (balra, perlit), és lágyítás után (jobbra, szferoidit)

3. Edzés • Célja:kemény, martenzites szövet létrehozása. • Elve:ausztenitmezőből, kritikusnál nagyobb hűtési sebességgel hűtve az alkatrészt a γ-α átalakulás lezajlik, de a C diffúziójára nincs idő. • Módja:hőntartás 800-1000 °C-on legfeljebb 0,5 óráig, hűtés vízben, vagy olajban. Ezután kb. 200 °C-on megeresztést alkalmazunk a ridegség csökkentése érdekében. • Jellemzői:van szövetszerkezeti átalakulás, van átkristályosodás, nem diffúziós folyamat. • Szövet:az alacsony hőmérsékletű megeresztés során a martenzit nem bomlik el, de a belső feszültségek csökkennek.



• Alkalmazás:forgácsoló szerszámok (csigafúró, menetvágó, maró, esztergakés), hidegalakító szerszámok (lemezvágó olló, lyukasztó, pontozó), gördülőcsapágyak alkatrészei. • Edzett szövetszerkezet kialakulásának feltételei • Az acél C-tartalma legalább 0,2% legyen. • Hűtés előtt ausztenites legyen az acél. • A hűtés sebessége nagyobb legyen az alsó kritikus hűtési sebességnél. A széntartalom a martenzit keménységét befolyásolja. A hűtés sebessége a martenzit mennyiségét határozza meg.

7.5. ábra - Edzés munkameneti ábrája

4. Betétedzés • Célja: kemény felületi réteg létrehozása szívós belső mag mellett. • Elve: a kis széntartalmú acélt (C<0,2%) felületi rétegét cementáljuk (C~0,9%), így az edzhető lesz. • Módja: cementálás szenítő közegben, izzítás 900 °C-on, 8-24 óráig, majd edzés és megeresztés. • Jellemzői: ötvöző hőkezelés, mert nő a széntartalom. • Szövet: kéregben martenzit, az alkatrész belsejében ferrit, perlit, bainit. • Alkalmazás :fogaskerekek, tengelyek, fárasztó terhelésnek kitett alkatrészek, gördülőcsapágyak alkatrészei.

5. Nemesítés • Célja: szívós szövet létrehozása • Elve: edzés+megeresztés nagy hőmérsékleten • Módja: hőntartás 800-1000 °C-on legfeljebb 0,5 óráig, hűtés vízben, vagy olajban. Ezután kb. 600 °C-on megeresztés.



• Szövet: Szferoidit (finom, heterogén szemcsék, α-vas alapanyagba ágyazott vaskarbid gömbök (a martenzit elbomlik). Kisebb keménységű és szilárdságú, mint a martenzit, de szívósabb. A szívós anyag nagy ütőmunkájú és jelentős képlékeny alakváltozásra képes szakadás előtt. • Alkalmazás: fogaskerekek, tengelyek, fárasztó terhelésnek kitett alkatrészek.

7.6. ábra - Nemesítés munkameneti ábrája

6. Normalizálás • Célja:finomszemcsés, szívós, feszültségmentes szövet létrehozása. • Elve:az acélt finomszemcsés és ezáltal szívós lesz ha az ausztenitmező alsó hőmérsékletén átkristályosítjuk. • Módja:hőntartás 800 °C-on legfeljebb 1 óráig, lehűtés szabad levegőn. (gyorsabb, mint kemencében). • Jellemzői:van szövetszerkezeti átalakulás, van átkristályosodás. • Szövet:finomszemcsés, közel azonos méretű szemcsékkel. A szövetszerkezet a széntartalomtól függ, lehet: ferrit+perlit, perlit, perlit+cementit. • Alkalmazás:hegesztett, kovácsolt, öntött alkatrészek.

7.7. ábra - Normalizálás munkameneti ábrája



7.8. ábra - Kovácsolt alkatrész szövetszerkezete normalizálás előtt (bal oldalon) és normalizálás után (jobb oldalon)


8. fejezet - Csavarkötések A gépek szerkezeti elemeit sokszor úgy kell egymáshoz kapcsolni, hogy azok ne mozdulhassanak el egymáshoz képest, még akkor sem, ha terhelés hat rájuk. Ilyen jellegű kapcsolatot sokféle módon meg lehet valósítani, ezek alkotják a különböző kötési módokat. Az egyes kötési módok két fő csoportba sorolhatók. • Bontható kötések A kapcsolat megszüntethető anélkül, hogy a kapcsoló elemek, vagy az összekapcsolt elemek károsodnának. A következő fontosabb kötések tartoznak ebbe a kategóriába: • Csavarkötés • Ékkötés • Reteszkötés • Bordáskötés • Kúpos kötés • Szegkötés • Szorítókötés • Szilárd illesztésű kötés A csavarkötés kivételével, a felsorolt kötési módok, a tengelyek és agyak összekapcsolásánál fordulnak elő. • Bonthatatlan kötések A kapcsolat csak úgy szüntethető meg, hogy kapcsoló elemek, vagy az összekapcsolt elemek károsodnak. A következő fontosabb kötések tartoznak ebbe a kategóriába: • Szegecselés • Hegesztés • Forrasztás • Ragasztás

1. Csavarkötés általános jellemzése Egymáshoz csavarmenettel kapcsolódó alkatrészek segítségével létrehozott oldható (bontható) kötés. Működésében az ékhatásnak és a súrlódásnak van fontos szerepe. Általában szorítóerő fenntartása a cél (csavarbiztosítás jelentősége), az összekapcsolt alkatrészek relatív helyzete állandó (nincs relatív elmozdulás). A kötőelemek terheket közvetítenek az összekapcsolt alkatrészek között. Csavarkötés jellegzetes elemei (8.1-3. ábrák): • Csavar • Anya • Alátét • Összekapcsolt alkatrészek


Csavarkötések

A felsorolt elemek közül a kötésben csavar (külső menetes alkatrész) mindig jelen van. Az anyát sok esetben az egyik összekapcsolandó alkatrészbe készített menetes furat helyettesíti. Alátét nem mindig szükséges és vannak speciális alátétek is (pl. csavarbiztosításhoz).

8.1. ábra - Hatlapfejű csavar részei és elnevezések

8.2. ábra - Hatlapfejű csavar, hatlapú anya és lapos alátét 3D-s modellje

8.3. ábra - Összecsavarozott csőkarimák, 3D-s modell


Csavarkötések

2. Csavarvonal A csavarmenet úgy keletkezik, hogy egy zárt síkidomot csavarvonal mentén mozgatunk, és a síkidom, mozgás közben, anyagot távolít el egy hengeres felülettel rendelkező testből. Külső menet jön létre, ha a hengeres testből távolítjuk el az anyagot, belső menet jön létre, ha hengeres furatú testből távolítjuk el az anyagot. A csavarmenet származtatásához tehát ismerni kell a csavarvonal tulajdonságait. A csavarvonal hengeres felületre írt térgörbe. Legegyszerűbben a henger egy kijelölt sugarának mozgatásával származtathatjuk (8.4. ábra). A sugár végpontja (az alábbi ábrán „A” jelű pont) írja le a csavarvonalat, ha a sugarat a henger tengelye körül állandó szögsebességgel forgatjuk, és a henger tengelyének irányában állandó sebességgel eltoljuk. A származtató sugár 360 fokos körülfordulásához tartozó tengelyirányú elmozdulást a csavarvonal menetemelkedésének nevezzük. Ez az adat a származtatott csavarmeneten is megjelenik, és megadja azt, hogy a csavar egyszeri körülfordításához mekkora tengelyirányú elmozdulás tartozik.

8.4. ábra - Csavarvonal származtatása


Csavarkötések

A csavarvonal síkba teríthető, és így egy lejtőt kapunk (8.5. ábra). Az ábrán bejelölt α szög a csavarvonal menetemelkedési szöge. Ez a szög a „P” menetemelkedés és az r sugár függvényében, az alábbi képlet szerint, számítható:

Az α szögnek fontos szerepe van a csavarkötés erőviszonyainak számításában, és a lazulással szembeni ellenállásban. A kis menetemelkedésű csavar kevésbé hajlamos a lazulásra (például rezgések hatására), mint a nagy menetemelkedésű.

8.5. ábra - A csavarvonal síkba terítésével egy lejtőt kapunk

3. Szabványos menetfajták Az előzőekben már említettük, hogy a csavarmenet úgy keletkezik, hogy egy zárt síkidomot csavarvonal mentén mozgatunk, és a síkidom, mozgás közben, anyagot távolít el egy hengeres felülettel rendelkező testből. A mozgatott síkidom sokféle lehet, így sokféle menet is készíthető. A csavarmenetek, az alkalmazás célja szerint, két fő csoportba sorolhatók: • Kötőmenetek (élesmenetek) Cél: alkatrészek összekapcsolása úgy, hogy azok akkor se mozduljanak el egymáshoz képest, ha rájuk erők hatnak (például csővezetéki karimák esetén). • Mozgatómenetek Cél: alkatrészek elmozdítása (például szeleptányér mozgatása). A két kategórián belül különböző szabványos menetek léteznek, melyeket a 8.6. ábrán látható táblázat mutat.

8.6. ábra - Menetfajták


Csavarkötések

• Metrikus menetek (métermenetek) A származtató alakzat szabályos háromszög. Az alakzatot olyan csavarvonal mentén mozgatjuk, melynek menetemelkedése egyenlő a szabályos háromszög oldalhosszával. A 8.7. ábra a metrikus külső menet jellegzetességeit mutatja. A külső menet névleges átmérője egyenlő annak a hengeres testnek az átmérőjével, melyre a menetet elkészítik. A menet készülhet esztergálással vagy mángorlással.

8.7. ábra - Metrikus szelvényű külső menet


Csavarkötések

Megkülönböztetünk szabványos normál és finom métermenetet. Finommenet esetén a származtató szabályos háromszög oldalhossza kisebb, mint normálmenet esetén, így a finommenet menetemelkedése is kisebb. A kötőcsavarok túlnyomó része normál métermenettel készül. A 8.8. ábra a két menetfajta jelölését mutatja műszaki rajzon. Finommenet esetén, a rajzon a menetemelkedést is fel kell tüntetni. A rajzon látható finommenetű csavar menetemelkedése 1,5 mm, a normálmenetű csavar menetemelkedése 2 mm, de ezt nem kell külön jelölni.

8.8. ábra - Normál és finom métermenet jelölése műszaki rajzon

• Whitworth szelvényű menetek A származtató alakzat egyenlő szárú háromszög (8.9. ábra). A szárak által bezárt szög 55°, a menetemelkedés nagysága egyenlő a háromszög alapjának hosszával. A tényleges profil olyan, hogy a menet csúcsa és töve is le van kerekítve.

8.9. ábra - Whitworth szelvényű külső menet


Csavarkötések

Az úgynevezett Whitworth menetet új kötőelemeknél manapság nem használják. A Whitwort szelvényű menetek fő alkalmazási területe a menetes csőkötések. A menetvágásra alkalmas csövek viszonylag nagy falvastagságúak, hogy a menetet el lehessen készíteni. Ezen csövek keresztmetszeti méreteit az európai szabványok mm-ben írják elő, azaz előírják a külső átmérőt és a falvastagságot, és így a belső átmérő is kiadódik. Az egyes keresztmetszetek megkülönböztetésére a névleges átmérő fogalmát használjuk, melynek rövidítése DN. Például az MSZ EN 10255 szabvány szerinti, DN 25 névleges átmérőjű, közepes falvastagságú cső keresztmetszeti méretei a következők: külső átmérő=33,7 mm, falvastagság=3,25 mm, belső átmérő=27,2 mm (8.10. ábra).

8.10. ábra - DN25 névleges átmérőjű cső

Ha a névleges méret jelölésében lévő számot mm-ben értelmezzük, akkor közelítőleg megkapjuk a cső belső átmérőjét. A DN 25-ös cső esetén a belső átmérője 27,2 mm, ami közelítőleg 1 coll (25,4 mm). Ha erre a csőre külső hengeres csőmenetet akarunk készíteni, akkor annak jelölése G1, ha kúpos csőmenetet, akkor R1


Csavarkötések

(8.11. ábra). Tehát a cső névleges átmérőjének ismeretében elő tudjuk írni, hogy milyen jelű menetet lehet a csőre vágni. A hengeres csőmenet esetén nem tudunk tömített kapcsolatot készíteni úgy, hogy a menetre kenderkócot, vagy teflonszalagot tekerünk, kúpos csőmenetnél viszont igen.

8.11. ábra - Hengeres és kúpos csőmenet jelölése, példa

Hengeres csőmenet esetén a belső és a külső menet jelölése megegyezik. Kúpos külső menethez csatlakozó belső menet lehet hengeres, ennek jelölés Rp, és lehet kúpos is, ennek jelölése Rc (8.12. ábra).

8.12. ábra - Kúpos csőmenet belső menetei

• Trapézmenet A származtató alakzat egyenlő szárú trapéz. A menetemelkedés a trapéz két alapjának összegével egyenlő (8.13. ábra). Egy 80 mm névleges átmérőjű és 10 mm menetemelkedésű trapézmenet jelölése: Tr 80x10.

8.13. ábra - Trapézmenet


Csavarkötések

Trapézmenetet elsősorban mozgatásra használnak, például szelepeknél, tolózáraknál, esztergagépen. A geometriai kialakítás miatt kisebb a súrlódási ellenállása, mint a metrikus menetnek. • Fűrészmenet A származtató alakzat trapéz, melynek szárai nem egyenlők (8.14. ábra). Egy 80 mm névleges átmérőjű és 10 mm menetemelkedésű fűrészmenet jelölése: S 80x10. A menetet elsősorban akkor használják, ha az orsó csak egyik irányban kap jelentős terhelést, például présgépeknél.

8.14. ábra - Fűrészmenet

• Zsinórmenet A származtató alakzat körívekkel és egy egyenessel határolt síkidom (8.15. ábra). Egy 40 mm névleges átmérőjű zsinórmenet jelölése: Rd 40x1/6. A menetemelkedés collban van megadva, a példában ez 1/6 coll. A menetet könnyen tisztítható, ezért gyakran használják az élelmiszeriparban csövek menetes csatlakoztatására. Jól bírja az ütésszerű és fárasztó terhelést is, ezért például a vasúti kocsikat összekötő menetes orsókat is gyakran zsinórmenettel készítik.

8.15. ábra - Zsinórmenet


Csavarkötések

4. Menetábrázolás Műszaki rajzon nem kell kirajzolni a menet profilját. Ha egy hengeres felület valamely szakaszán csavarmenet van, akkor azt a kontúrvonallal párhuzamos vékony vonallal jelöljük, és méretvonalon tüntetjük fel a menet típusát és méretét (8.16 ábra).

8.16. ábra - Menetábrázolás

5. Szabványos csavarfajták Sokféle szabványos csavart gyártanak. Egy osztályozási lehetőség a csavar fejének alakja alapján a következő: • Hatlapfejű és alakos fejű csavarok • Hornyos csavarok • Ászokcsavarok (tőcsavarok) • Hernyócsavarok A 8.17-20. ábrákon a leggyakoribb csavarfajtákról közlünk két nézeti képet.

8.17. ábra - Hatlapfejű és alakos fejű csavarok


Csavarkötések

8.18. ábra - Hatlapfejű és alakos fejű csavarok

8.19. ábra - Hornyos csavarok


Csavarkötések

8.20. ábra - Ászokcsavar és hernyócsavar

6. Csavaralátétek Csavarkötésekben sokszor találkozunk különféle alátétekkel, de olyan kötés is lehet, ahol nincs alátét. Általános szabály, hogy ha nem szükséges, akkor ne alkalmazzunk alátétet, mert megnehezíti a szerelést, különösen az automatizált szerelést. Vannak esetek azonban, amikor szükség van alátétre. • Lapos alátét Legegyszerűbb alátétfajta. Alkalmazásának több oka is lehet: • Az anya durva felülethez csatlakozna alátét hiányában (8.21. ábra). A nem forgácsolással megmunkált felületek (melegen hengerelt, kovácsolt, öntött alkatrészek felületei) durva felületnek számítanak. Ha ezeknél az anya alatt nem alkalmazunk lapos altétet, akkor a meghúzási nyomatékából elégtelen szorítóerő ébred és így a kötés könnyen meglazul. Ekkor ugyanis a meghúzási nyomaték jelentős része a felületi egyenetlenségek képlékeny alakváltozását idézi elő. Az alátét felülete kellően sík, és kis felületi érdességű, ezért ez a képlékeny alakváltozás nem jelentős.

8.21. ábra - Lapos alátét alkalmazása durva felület esetén


Csavarkötések

• Felületi bevonat (festék) megsérülne. Az alátét az anya forgatásakor védi az alkatrész felületi bevonatát, mivel az alátét és az alkatrész csatlakozó felületénél nincs relatív elmozdulás. • Puha anyagú (műanyag, fa, alumínium) alkatrészek összeszorításakor az anyag roncsolódhat. A lapos alátét szétosztja a terhet, kicsi lesz a felületi nyomást, így nincs rongálódás. • Nagyszilárdságú csavaroknál (10.9), ha normál (viszonylag puha) alátétet alkalmaznak, akkor meghúzáskor az alátét képlékeny deformációja miatt nem alakul ki a szükséges előfeszítő erő a csavarban. Ekkor csökken a kötés teherbírása, nő a deformáció.Nagyszilárdságú alátéteket alkalmazva az alátét képlékeny alakváltozása kiküszöbölhető. • Hornyok esetén alátét nélkül elégtelen lenne az összeszorító erő, tovább a csavar külpontos terhelést kapna, azaz nem csak húzásra, hanem hajlításra is igénybe lenne véve, és ez káros (8.22. ábra).

8.22. ábra - Lapos alátét alkalmazása horony esetén

• I-alátét, U-alátét Az alátéteket szabványos melegen hengerelt I és U keresztmetszetű rudak esetén használják, hogy kiküszöböljék a csavar hajlító igénybevételét (8.23-25 ábrák).

8.23. ábra - U-alátét alkalmazása


Csavarkötések

8.24. ábra - U-alátét és I-alátét

8.25. ábra - Melegen hengerelt U-acél, I-acél és alátétek

• Alátétek csavarbiztosításhoz Speciális alátétekkel és egyéb módon is meg lehet akadályozni a kötés lazulását, vagy szétesését. A csavarbiztosításokkal a következő fejezetben foglakozunk, ezért ott mutatjuk be a következő 3 alátéttípust, melyek csavarbiztosításra alkalmasak:


Csavarkötések

• Rugós alátét. • Fogazott alátét. • Hajlított lemez alátét.

7. Csavarbiztosítások A csavarkötéstől elvárjuk, hogy a szorítóerő fennmaradjon még akkor is, ha különböző hatások igyekeznek meglazítani a kötést. Ha a kötés terhelése időben állandó, azaz statikus, akkor általában nem áll fenn a szorítóerő csökkenésének veszélye és ekkor nem is kell csavarbiztosításról gondoskodni. Ha azonban rezgések hatásának van kitéve a kötés, vagy esetleg a kötés elemeinek anyagában következhet be kedvezőtlen szerkezeti változás, akkor gondoskodni kell csavarbiztosításról. A csavarbiztosítások célja tehát a kötés lazulásának vagy szétesésének megakadályozása. • Csavarkötés lazulásának okai • Rezgések, azaz a kötés elemeit időben gyorsan változó terhelések érik .A rezgések kis relatív elmozdulásokat okoznak az alkatrészek között, és ez azt eredményezi, hogy a felületek érdessége, és így a súrlódási tényező is, lecsökken. Kisebb súrlódási tényező esetén a kötés kisebb nyomatékkal oldható. Rrezgések során a csavar tengelyére merőleges irányú erők is fellépnek, és ezek lazító nyomatékot fejtenek ki az anyára. • Alkatrészek relakszációja (elernyedése). Ez a kötés előfeszítésekor kialakuló belső feszültségek leépülését jelenti. A szerkezeti anyagban bekövetkező változások okozzák. Pl. tömítéseknél, vagy magas hőmérséklet esetén fém alkatrészeknél is előfordulhat. Ekkor a csavar szorítóereje lecsökken és például tömítéseknél szivárgást tapasztalhatunk. • A kötés túlterhelése esetén az anya és alátét érintkezési felületén megfolyik az alátét anyaga. A képlékeny deformáció az alátét vastagságcsökkenésével egyenértékű. A lecsökkent vastagságú alátét miatt csökken a szorítóerő is, azaz meglazul a kötés. • Orros rugós alátét Rugóacélból készült felhasított (8.26. ábra) gyűrű. A felhasításnál lévő élek belenyomódnak a csatlakozó alkatrészek felületébe és akadályozzák az alkatrészek elfordulását, azaz a kötés lazulását. A kötés szétesése ellen nem véd. Egyszerű és olcsó konstrukció de erős rezgések esetén nem hatékony.

8.26. ábra - Orros rugós alátét terheletlenül és összenyomva

• Fogazott alátét


Csavarkötések

Szintén rugóacélból készül, a fogazott rész lehet belül és kívül is. Működési elve megegyezik az orros rugós alátét működési elvével, de hatékonyabb, nehezebben oldódik a kötés. Az alátét homlokfelületei nem síkok, mert a fogak kissé meg vannak csavarva (8.27. ábra).

8.27. ábra - Külső és belső fogazatú alátét

• Hajlított lemez alátét Vékony, könnyen hajlítható lemezből kialakított alátét. A kötés lazulását és szétesését is akadályozza. (8.28. ábra)

8.28. ábra - Hajlított lemez alátét

• Műanyagbetétes önbiztosító anya Az anyába egy műanyag gyűrű van beépítve (8.29. ábra). Ha az anyát rácsavarjuk a csavarra, akkor a műanyag gyűrű ráfeszül a csavar menetes részére, és akadályozza az anya lecsavarodását.

8.29. ábra - Műanyag betétes önbiztosító anya


Csavarkötések

• Koronás anya és sasszeg A csavar menetes szárába előre el kell készíteni egy sugárirányú, átmenő furatot. Az anya felcsavarása után a furatba be kell helyezni a sasszeget és az egyik oldalon kiálló végeit oldalra szét kell hajtani. Az anya nem tud lecsavarodni, mert a sasszeg beleütközik az anya koronás részébe (8.30-31. ábrák).

8.30. ábra - Koronás anya beépítés

8.31. ábra - Koronás anyák és sasszegek


Csavarkötések

• Nagyszilárdságú csavarok alkalmazása A 8.8, 10.9, 12.9 szilárdsági osztályú csavarokat nagyszilárdságú csavaroknak nevezzük. Ha ezeket a csavarokat nagyszilárdságú anyával és alátéttel együtt alkalmazzuk (alátét kell a csavar feje és az anya alá is), továbbá ellenőrzött nagyságú nagy nyomatékkal előfeszítjük, akkor ez a kötés jelentős rezgések esetén sem hajlamos a lazulásra. Ennek oka az, hogy a nagy előfeszítő erő miatti nagy súrlódási erő megakadályozza az anya mozgását. • Ragasztóanyag bejuttatása a menetek közé Vannak speciális ragasztóanyagok, melyeket az anya és a csavar menete közé bejuttatva, megakadályozhatjuk a kötés lazulását. A kötés továbbra is bontható marad. Erős rezgések esetén is megbízható.


9. fejezet - Szegecskötések A szegecskötés a bonthatatlan kötések csoportjába tartozik, tehát a kapcsolat bontása roncsolás nélkül nem lehetséges. Alkalmazása, ennek megfelelően, akkor célszerű, ha a kötés megbontására nincs szükség a szerkezet élettartama során. Maga a szegecs fémből készült hengeres alkatrész. Régebben, az 1950-es évekig, főleg tartószerkezetek rúdjainak összekapcsolására használták (9.1. ábra). Később, ezen a területen, a hegesztett és csavarozott kapcsolatok háttérbe szorították a szegecskötést. Manapság elsősorban könnyű fémszerkezetek vékony lemezeinek összekapcsolására használják (9.2. ábra). A hagyományos tömör szegecsek mellett megjelentek az újabb szegecstípusok (pl. húzószegecsek), melyekkel a speciális igényeknek megfelelő, gazdaságos kötéseket lehet létrehozni.

9.1. ábra - Szegecselt tartószerkezeti kapcsolat

9.2. ábra - Könnyű fémszerkezet POP-szegeccsel kialakított kapcsolata


Szegecskötések

• A szegecskötés jellemző tulajdonságai: • Oldhatatlan kötés. • Szereléskor a szegecs képlékenyen deformálódik. • Általában nyírásra vehetők igénybe. • Csavarozással ellentétben nem kell lazulás ellen biztosítani. • Különböző anyagú alkatrészek is összekapcsolhatók. • Fontosabb szegecstípusok: • Tömör szegecs. • Csőszegecs. • Popszegecs. • Különleges szegecsek. • Zárógyűrűs szegecs • Vágószegecs • Szegecsanya

1. Tömör szegecs


Szegecskötések

A tömör szegecs a legrégebbi szegecsfajta. A szegecs egyik fejét gyárilag alakítják ki, a másikat pedig szereléskor, az anyag képlékeny alakításával. A szegecs fejének alakja különböző lehet, ahogy azt a 9.3. ábra mutatja. A fej megválasztása az alkalmazás körülményeitől függ. Ha elfér a kiálló fej, akkor félgömbfejű szegecset célszerű alkalmazni, mivel ennek nem kell süllyesztett furatot készíteni.

9.3. ábra - Tömör szegecsek fejkialakításai

A szegecs kézi szerelése, kb. 10 mm szegecsszár átmérőig, a következő módon történik (9.4.ábra). Az összekötendő lemezeket ki kell fúrni úgy, hogy a furat átmérője kicsit nagyobb legyen, mint a szegecs szárának átmérője. A szegecset be kell helyezni a furatba, majd szegecshúzóval össze kell húzatni a lemezeket. Ennek során a szegecs kiálló szárát be kell vezetni a szegecshúzó végén lévő furatba, és a szegecshúzó végére kalapáccsal rá kell ütni. Az ütés hatására a lemezek, a furat környezetében, erősen egymáshoz nyomódnak és úgy is maradnak, mivel a furatok szélén az anyag képlékenyen deformálódik és oldalirányban nekifeszül a szegecs szárának. A szegecs szára ekkor nem deformálódik. Ezután kalapáccsal nagyjából kialakítjuk a szegecs zárófejét, majd szegecsfejezővel készre alakítjuk azt. A zárófej kialakításakor a szegecset egy ellentámasszal meg kell támasztani, ahogy azt a 9.4. ábra mutatja. A szegecsfejező a szegecshúzóhoz hasonló kézi szerszám. Egyik végén van egy félgömb alakú besüllyesztés, ami kialakítja a szegecs zárófejét, ha a szegecsfejezőre kalapáccsal ráütünk. A kézi szegecshúzó és szegecsfejező kialakítását a 9.5. ábra mutatja. A 9.6. ábra két összeszegecselt lemezt ábrázol.

9.4. ábra - Tömör szegecs beépítése, zárófej kialakítása

9.5. ábra - Kézi szegecshúzó és szegecsfejező 89 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Szegecskötések

9.6. ábra - Összeszegecselt lemezek

2. Csőszegecs A csőszegecs kiperemezett végű vékonyfalú csőnek is tekinthető (9.7. ábra). Az egyik végén lévő peremet gyárilag alakítják ki, a másik végén lévőt pedig szereléskor. A csőszegecset főleg puha anyagokhoz használják (bőr, műanyag), mivel ezeknél a furatban viszonylag kis felületi nyomás engedhető meg. Nagy felületi nyomás esetén ezek az anyagok a furatnál könnyen berepednének. A csőszegecs viszonylag nagy felülete szétosztja a terhet, és így kicsi lesz a felületi nyomás. Nagyméretű tömör szegecs nem lenne gazdaságos, mert több anyag kell hozzá, és nehezebb a zárófej kialakítása is.

9.7. ábra - Csőszegecs beépítése


Szegecskötések

3. POP-szegecs A POP-szegecs két alkatrészből áll: az egyik egy csőszegecshez hasonló, a másik pedig egy húzótüske (9.8. ábra). A húzótüske feladata a csőszegecs szerű rész képlékeny deformálása, és ezáltal a zárófej kialakítása. A húzótüske keresztmetszete egy helyen gyengítve van, és beépítéskor ezen a helyen el fog szakadni, miután kialakult a zárófej. A szegecs beépítésekor elegendő a lemezek egyik oldalához hozzáférni, mert egy oldalról beépíthető a szegecs. Ez különösen előnyös csövek, zártszelvényű rudak esetén. A szegecs beépítéséhez speciális szerszám szükséges, mint például amilyen a 9.9. ábrán látható.

9.8. ábra - POP-szegecs

9.9. ábra - POP-szegecs húzó


Szegecskötések

4. Zárógyűrűs szegecs A szegecs két részből áll, melyeket szereléskor egyesítenek (9.10. ábra). A szegecstest csavarhoz hasonlít, de a szárán nem menet, hanem körbefutó hornyok találhatók. A szegecstest szára egy helyen le van gyengítve, hogy a szár beépítéskor itt szakadjon el. A zárógyűrű egyszerű hengeres furattal rendelkezik. Beépítéskor a szerszám rásajtolja a zárógyűrűt a szegecstestre, a szegecstest elszakad, és axiális irányban alakzáró kapcsolat jön létre a zárógyűrű és a szegecstest között. A zárógyűrű elfordulását beépítés után a súrlódás akadályozza meg. A kötés a nagyszilárdságú csavarokkal megvalósítható előfeszített csavarkötéshez hasonlóan működik. A lemezeket nagy erő szorítja össze és a súrlódás képes megakadályozni a lemezek egymáson való elcsúszását. A kötés, a szegecstestre nézve, húzó és nyíró jellegű terhelést is képes közvetíteni. Nagy méretekben is készítik, ezért nehéz tartószerkezetekhez, gépvázakhoz is megfelelő, erős rezgések esetén is.

9.10. ábra - Zárógyűrűs szegecs


Szegecskötések

5. Vágószegecs A vágószegecs segítségével vékony lemezeket úgy lehet összekapcsolni, hogy előzetesen nem kell kifúrni a lemezeket. A szegecs szára vágóélben végződik. Ez lehetővé teszi, hogy megfelelő szerszám segítségével a szegecset belenyomjuk a lemezekbe és alakzáró kötés jöjjön létre. A szegecs átlyukasztja a felső lemezt, az alsó lemezt pedig a támaszban lévő süllyesztékbe formálja. Mivel ez a réteg nem szakad át, ezért egy víz- és légmentesen záró, nagy teherbírású kötés képződik. Ezt a szegecstípust főleg tömeggyártásban használják, például az autóiparban.

9.11. ábra - Vágószegecs

6. Szegecsanya A szegecsanya lényegében egy hagyományos hatlapú anyát helyettesít (9.12. ábra). A szegecsanyát megfelelő szerszámmal, képlékenyen deformálva, egy esetleg több lemezhez rögzítjük, majd egy másik lemez rögzítéséhez csavart használunk. Előnyösen alkalmazható vékony lemezek összekapcsolására, ha a lemezeket oldható módon, csavarkötéssel szeretnénk összekapcsolni, és csak egyoldali hozzáférés lehetséges (pl. zártszelvény).

9.12. ábra - Szegecsanya

7. Lemezek csatlakozási lehetőségei szegecselt kötésnél Az összekapcsolandó lemezeket leggyakrabban átlapolással illesztjük egymáshoz és így átlapolt szegecskötést kapunk (9.13. ábra).

9.13. ábra - Átlapolt szegecskötés


Szegecskötések

Másik lehetőség az, hogy a lemezeket tompán illesztjük egymáshoz (keresztmetszeti felületek érintkeznek). Ekkor a szegecskötés csak újabb lemezek (hevederek) segítségével valósítható meg. Ez a kötés mechanikai szempontból kedvezőbb, mint az átlapolt kötés, mert nem ébred járulékos hajlító igénybevétel a lemezekben. A kötés hátránya, hogy drágább, mint az átlapolt kötés, mert hevederlemezek is vannak.

9.14. ábra - Hevederes szegecskötés


10. fejezet - Forrasztás A forrasztás anyaggal záró oldhatatlan kötés, melynél a kötés teherbíró képességét kohéziós és adhéziós erők biztosítják. Kohéziós erők az anyag belsejében lévő szomszédos atomok és molekulák közötti vonzóerők, adhéziós erők két különböző anyag érintkezésekor a határfelületeken lévő atomok közötti vonzóerők. Anyaggal záró kötési mód ezen kívül a hegesztés és ragasztás is. A kötés jellemzője, hogy az összekötendő fém alkatrészek közé egy alacsony olvadáspontú fémet (forraszanyagot) juttatunk be. Ezt megolvasztjuk, és a forraszanyag atomjai bediffundálnak az alkatrészek felületi rétegébe (10.1. ábra). Az alkatrészek a forrasztás hőmérsékletén nem olvadnak meg.

10.1. ábra - Forrasztott kötés

A forrasztási eljárásokat a forraszanyag olvadáspontja alapján két csoportba sorolhatjuk: lágyforrasztások és keményforrasztások.

1. Lágyforrasztás A forraszanyag olvadáspontja 450 °C alatt van. A kötés viszonylag kis teherbírású. Alkalmazható villamos csatlakozások kialakítására, épületbádogos munkákhoz, réz csővezetékek kötésére. • Rézcsövek lágyforrasztása Épületekben ivóvíz ellátás és fűtés céljára gyakran készítenek csővezetékeket rézből. A csőkötéseket általában lágyforrasztással valósítják meg (10.2. ábra). A csőkötések tokos jellegűek, azaz átfedéssel csatlakoztatják a csővégeket. A csatlakozó hengeres felületek átmérőinek különbsége legfeljebb néhány tized mm. Az sem jó, ha túl kicsi a hézag, és az sem, ha túl nagy, mert a csövek közötti hézagba a megolvasztott forraszanyag a kapilláris erők hatására jut be. A kötés kialakítása során gázlánggal felmelegítik a csővégeket. A huzal formájú forraszanyagot a rézcsövekhez nyomják, ahol azok egymással érintkeznek. A megolvadt forraszanyag beszivárog a vékony résbe, és megszilárdulás után tömített, teherbíró kapcsolat jön létre.

10.2. ábra - Rézcsövek lágyforrasztása

Rézcsövek esetén általában ón (Sn) alapú ötvözetet használnak forraszanyagnak. Az ötvözet óntartalma 97% (tömegszázalék), a maradék 3 % anyag réz (Cu), vagy ezüst (Ag). A forraszanyagok olvadáspontja 230 °C körül


Forrasztás

van. Épületgépészetben ólom (Pb) tartalmú forraszanyagot nem használnak, mert az ólom az egészségre és a környezetre veszélyes anyag.

2. Keményforrasztás A forraszanyag olvadáspontja 450 °C felett van. Gázláng szükséges. Nagyobb teherbírású, mint a lágyforrasztással kialakított kötés. Alkalmazzák például rézcsövek kötésére gázvezeték esetén, szerszámlapkák rögzítésére, stb. • Rézcsövek keményforrasztása Rézből készült gázvezeték forrasztott csatlakozásait keményforrasztással kell elkészíteni. A kötés készítésének technológiája hasonló a lágyforrasztáséhoz. Alapvető eltérés az, hogy a forraszanyag viszonylag magas hőmérsékleten olvad meg, ezért nem elegendő, ha azt csak nekinyomjuk a felmelegített csövekhez, hanem lánggal folyamatosan melegíteni is kell. A forraszanyag általában réz (Cu) alapú ötvözet 94% (tömegszázalék) réztartalommal. A maradék 6% anyag foszfor (P).

10.3. ábra - Rézcsövek keményforrasztása

3. Forrasztott kötés kivitelezése Jó minőségű forrasztott kötést csak gondos előkészítés után kapunk. Forrasztásnál általában a következő lépéseket kell elvégezni: • Csatlakozó felületek mechanikai tisztítása. Ez általában csiszolópapírral, vagy bádogosmunkák esetén drótkefével történik. • Folyósítószer felvitele. A csatlakozó felületeket nem elég mechanikusan megtisztítani, hanem a felületi oxidréteget is el kell távolítani. Erre valók a különböző folyósítószerek. A folyósítószerrel kezelt felületen a megolvadt forraszanyag könnyen szétterül, és ez fontos, mert így a forraszanyag a vékony résekbe is könnyen be tud hatolni. Különböző folyósítószerek léteznek. Ezek között vannak maró hatásúak, például cink-klorid, melyek károsítják az alapanyagokat, ha a maradékot nem távolítják el. Vannak nem maró hatásúak, például fenyőgyanta. Elektrotechnikai forrasztásoknál ezt használják, mivel ott körülményes lenne a maradék eltávolítása. • Forraszanyag bejuttatása a felületek közé. Ennek érdekében a forraszanyagot meg kell olvasztani. Ez történhet elektromos forrasztópákával, gázlánggal, de lézersugárral is. • Folyósítószer maradékának eltávolítása, ha szükséges.


Forrasztás

A forraszanyag kihűlése után vízzel, vagy oldószerrel le kell mosni a felületekről a folyósítószer maradékát, és a felületeket ronggyal szárazra kell törölni, vagy meg kell szárítani.

4. A forrasztás tulajdonságai A forrasztásnak is vannak kedvező és kedvezőtlen tulajdonságai. A kedvező tulajdonságokat elsősorban a hegesztéssel történő összehasonlításban értelmezhetjük. • Kedvező tulajdonságok • Eltérő fémek is összeköthetők. • Nincs szövetszerkezeti változás (alacsony hőmérséklet). • Csekély hőfeszültségek. • Jó villamos vezetőképesség. • Kedvezőtlen tulajdonságok • Gondos előkészítést igényel. • Viszonylag kis teherbírású a kötés. • A forraszanyag drága lehet (Ag tartalom).


11. fejezet - Hegesztés A hegesztés anyaggal záró oldhatatlan kötési mód, melynél a kötés teherbíró képességét a kohéziós erők biztosítják. A kohéziós kapcsolat általában úgy jön létre, hogy az alapanyagok, és a hozaganyag kis tartományban megolvad, ezáltal az atomok elég közel kerülnek egymáshoz, hogy a kohéziós erők kialakulhassanak. Jellemzően azonos anyagú alkatrészeket lehet hegesztéssel összekapcsolni. • Hegesztési eljárások csoportosítása az alkalmazás célja szerint • Kötő hegesztések. Cél: eredetileg különálló alkatrészek összekötése. • Felrakó hegesztések. Cél: kedvező tulajdonságú felületi réteg létrehozása. A hegesztés jellemzően különálló alkatrészek összekötésére szolgál, ennek ellenére létezik úgynevezett felrakó hegesztés is, melynél csak egy alkatrész van. Felrakó hegesztés során, az alkatrész felületén kopásálló, korrózióálló, hőálló, stb. réteget hozunk létre. Főleg nagy értékű alkatrészek javítására használják, például lánckerék, lánctalpas jármű terelőgörgő, földmunkagép-kanál esetén (11.1. ábra). Ez az eljárás speciális hegesztő elektródát igényel. A hegesztéssel kialakított réteg felülete sokszor durva, ezért utólagos forgácsoló megmunkálásra is szükség lehet.

11.1. ábra - Felrakó hegesztéssel kijavított alkatrészek

• Hegesztési eljárások csoportosítása a szükséges sajtolóerő szerint • Ömlesztő hegesztések. Az alkatrészek a csatlakozási hely környezetében megolvadnak, majd összeolvadt állapotban megdermednek. Nincs szükség sajtolóerőre. Hozaganyaggal, vagy anélkül is történhet. • Sajtoló hegesztések. Jó minőségű kötés létrehozásához jelentős nagyságú nyomóerőre van szükség. Végezhetjük hidegen, előmelegítve és helyi megömlesztéssel párosítva. A továbbiakban a kötő hegesztésekkel foglakozunk, és azok közül is csak a legfontosabbakat említjük meg.

1. Bevont elektródás kézi ívhegesztés Legismertebb ömlesztő hegesztési eljárás. A villamos ívhegesztés elvét az 1800-as évek végén fedezték fel. Ipari alkalmazása a két világháború között indult meg. Először a szegecselt kapcsolatok helyettesítésére alkalmazták, később a szegecselést kiszorította.


Hegesztés

A hegesztés végrehajtásához szükséges eszközök (11.2. ábra): speciális hegesztő áramforrás, bevonattal ellátott hegesztő elektróda, elektróda fogó, testfogó, vezetékek. Az áramforrás egyik pólusához csatlakozik az elektróda (elektróda fogó és vezeték közbeiktatásával), a másik pólushoz a testfogót csatlakoztatjuk vezeték segítségével. A testfogót az egyik alkatrészhez rögzítjük, majd villamos ívet húzunk.

11.2. ábra - Bevont elektródás kézi ívhegesztés

11.3. ábra - Villamos ív környezete

Az elektróda egy bevonatos fémhuzal. Hosszúsága kb. 400 mm, a maghuzal átmérője 2-6 mm, a bevonat vastagsága 0,5-2,2 mm. Sokféle bevonat létezik. A bevonat főleg ásványi anyagokat tartalmaz (szilikátok, karbonátok, oxidok), de szerves anyagokat is tartalmazhat (cellulóz). Porózus, rideg, törékeny anyag. Ha az elektródát meggörbítjük, akkor a bevonat könnyen megreped, lepattogzik a maghuzalról. Ez káros, mert a bevonatnak több feladata is a van a hegesztés során. • Az elektróda bevonat feladatai • Ívstabilizálás A bevonat könnyen ionizálható anyagokat tartalmaz (pl. szilikátok), ezáltal megkönnyíti az ívgyújtást, csökken a fröcskölés, egyenletes az elektródaleolvadás, váltakozó áram is használható. • Védelem a szennyeződésekkel szemben A bevonatból felszabaduló gázok távol tartják az ömledéktől a levegő oxigénjét és nitrogénjét. • Varrat beedződési veszélyének csökkentése A salak hőszigetelő, ezért lassítja a varrat lehűlését. Ez kedvező, mert a gyors hűlés martenzit keletkezést eredményezhet, ami rideg szövetelem. 99 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Hegesztés

• Tisztítás A bevonat anyagai megkötik az ömledékben lévő szennyező anyagokat, elsősorban a ként és a foszfort. • Ötvözés A hegesztés során kiégett anyagok pótolhatók a bevonat anyagából. • Felületalakítás Kedvező, ha a hegesztési varrat felülete sima. A durva felület feszültséggyűjtő hatású, aminek főleg fárasztó terhelés esetén van jelentősége. A hegesztési varrat felületét sokszor leköszörülik. Finom varratfelület esetén kevesebb anyagot kell leköszörülni. • A villamos ív keletkezése és fenntartása Villamos ív akkor keletkezik, ha egy áramkört a csatlakozásnál megszakítunk. A villanykapcsoló szikrázása is rövid ideig tartó ívkeltésnek tekinthető. Hegesztéskor a villamos ívet meg kell gyújtani, majd fenn kell tartani. A villamos ív hatására olvad le az elektróda vége, és kis tartományban a munkadarabok is megolvadnak. A villamos ívben ionizált gázok és elektronok vannak, melyek biztosítják az áramkör záródását. • Ívgyújtás Az ívgyújtás rövidzárással kezdődik. A hegesztőpálcát kis ütésekkel vagy húzással az alkatrészhez érintjük. A nagy átmeneti ellenállás miatt nagy hő fejlődik és az elektróda, valamint az alapanyag helyileg megolvad, a környező gázok pedig ionizálódnak. Az ív begyújtásakor tehát hőionizáció van. A hegesztőpálcát kissé el kell távolítani a munkadarabtól, hogy folytonos fémhíd ne alakulhasson ki. Ha ez kialakul, akkor nincs villamos ív, és a pálca odaragad az alkatrészhez. Csavarással le lehet törni. • Ívtartás A hegesztőpálcát (elektródát) folyamatosan mozgatjuk. Egyrészt az alkatrész felé, a pálca leolvadási sebességének megfelelően, másrészt a varrat tengelyének irányában. A katódból kilépő elektronok ütköznek a gázmolekulákkal és ionizálják azokat, másrészt az anódnak ütközve azt megolvasztják A pozitív töltésű ionok a katódnak ütközve felmelegítik azt. Az ív fenntartása ütközéses ionizációval történik • Hegesztő áramforrások • Hegesztő transzformátor. • Hegesztő egyenirányító (trafóból és egyenirányítóból állnak). • Hegesztő dinamó (váltakozó áramú motor egyenáramú generátort forgat).

2. Lánghegesztés (gázhegesztés) A lánghegesztés az ömlesztő hegesztési eljárások csoportjába tartozik. A hegesztés során általában acetilén gázt égetünk el, úgy hogy beállítható az acetilénhez adagolt oxigén mennyisége. Ha csupán a levegő jelenlétében égetnénk el az acetilént, akkor a láng hőmérséklete kb. 2200 °C, lenne, és ez a nagy hőelvonás miatt nem elegendő jó minőségű hegesztési varrat létrehozásához. Oxigén adagolással 3200 °C hőmérsékletű láng is elérhető, és ez már megfelelő. Az égéskor keletkező hő hatására leolvad a fémből készült, csupasz hegesztő pálca vége, valamint kis tartományban a munkadarabok is megolvadnak. Alapvetően kézi eljárás, főleg hegesztett csőkötések kialakítására használják, valamint vékony lemezek hegesztésére, például gépkocsi karosszéria lemezeknél. Csőkötéseknél azért célszerű, mert gáztömörebb varratot eredményez, mint a bevont elektródás kézi ívhegesztés, nehezen hozzáférhető helyeken (sarokban, fal mellett) is használható, és kis falvastagságú csövek is jó minőségben hegeszthetők vele. Lánghegesztésnél fontos biztonsági előírás, hogy a a tömlőket és a szerelvényeket tilos olajos, zsíros ronggyal tisztítani. Ennek az az oka, hogy a zsír és az olaj tiszta oxigén jelenlétében szobahőmérsékleten is meggyullad. Oxigén szivárgására pedig számítani lehet, mert a tömítések sem tökéletesek és a tömlők is megsérülhetnek.


Hegesztés

A hegesztéshez szükséges eszközök (11.4. ábra): acetilénpalack, oxigénpalack, hegesztőpisztoly, gumitömlők. A gázpalackokon nyomáscsökkentő szelepek, valamint szabályozó szelepek is találhatók. Az oxigén cseppfolyós állapotban van a palackban. Töltéskor 150 bar nyomást alkalmaznak. Az aceton 2 bar nyomás felett robbanásra hajlamos, ezért acetonban elnyeletik. 1 liter aceton 360 liter normál állapotú acetilént képes elnyelni 15 bar nyomáson. 10 bar nyomás felett azonban az acetilén így is robbanásveszélyes, ha diónagyságnál nagyobb üreget tölt ki, ezért porózus anyagot (kovaföld, azbeszt, cement, faszén keveréke) raknak a palackba, és ennek pórusait tölti ki az aceton. Az aceton térfogata a palack térfogatának csak 40%-a.

11.4. ábra - Lánghegesztő berendezés

Az acetilén és az oxigén gáz a hegesztőpisztolyban keveredik össze. A hegesztőpisztoly elvi felépítését a 11.5. ábra szemlélteti.

11.5. ábra - Hegesztőpisztoly

A lánghegesztés kapcsán érdemes megemlíteni azt is, hogy a berendezés lángvágásra is alkalmas, ha a hegesztőpisztolyt vágópisztolyra cseréljük ki. Lángvágással főleg acéllemezeket és idomacélokat szoktak darabolni. A vágópisztolyba oxigén és acetilén lép be, a kilépő oldalon azonban külön nyíláson áramlik ki a gázkeverék és az oxigén. Az oxigén egy kör keresztmetszetű nyíláson áramlik ki, az oxigén-acetilén gázkeverék pedig egy körgyűrű alakú nyíláson (11.6. ábra). Vágáskor a nagysebességű oxigénsugár kifújja a megolvadt fémet a vágási résből, és így kettéválasztja az anyagot.

11.6. ábra - Vágópisztoly 101 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Hegesztés

3. AWI-hegesztés (TIG-hegesztés) A magyar elnevezés az argon védőgázos, volfrám elektródás, ívhegesztés rövidítése. Ömlesztő hegesztési eljárás. A villamos ív egy volfrám elektróda és a munkadarab között keletkezik (11.7. ábra). A volfrám olvadáspontja 3422 °C, ezért a villamos ív hőmérsékletén nem olvad meg. A hozaganyagot huzal formájában adagoljuk a villamos ívhez, ahol az megolvad, és kialakítja a hegesztési varratot. Védőgázként argont használnak, mely a megolvadt fémtől távol tartja a levegő oxigénjét és nitrogénjét. Az argon ívstabilizáló is, mert könnyen ionizálódik. Az eljárás vékony és vastag lemezek hegesztésére is alkalmas. A repülőgépiparban fejlesztették ki alumínium ötvözetek hegesztésére. Később más iparágakban is elterjedt. Alkalmas erősen ötvözött acélok és rézötvözetek hegesztésére is. A huzal adagolása gépesíthető, így az eljárás automatizálható. Automata berendezésekkel hosszú egyenes varratokat, vagy körvarratokat készítenek.

11.7. ábra - AWI-hegesztés

A 11.8. ábra (fénykép) két acéllemez AWI eljárással történő hegesztését mutatja.

11.8. ábra - AWI-hegesztés fényképe 102 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Hegesztés

4. AFI-hegesztés Ömlesztő hegesztési eljárás. A villamos ív a hegesztő huzal és a munkadarab között keletkezik. A hegesztő huzal leolvad, ezért folyamatos előtolásáról kell gondoskodni. Alkalmazási területe megegyezik az AWIhegesztésével

11.9. ábra - AFI-hegesztés

Ha védőgázként széndioxidot használnak, akkor széndioxid védőgázos ívhegesztésről beszélünk. Ez az eljárás főleg kis széntartalmú, ötvözetlen acélok hegesztésére alkalmas. Hegesztéskor a széndioxid szénmonoxidra és oxigénre bomlik. Az oxigén kiégetné az acél széntartalmát, ezért ennek elkerülése érdekében az elektródahuzalba dezoxidáló elemeket (mangánt és szilíciumot) ötvöznek.

5. Kovácshegesztés 103 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Hegesztés

A legrégebbi hegesztési eljárás. Az acél alkatrészeket fehérizzásig (1350 °C) hevítik, majd kalapácsütésekkel egyesítik. Az alkatrészek csatlakozó felületeit oxidmentesíteni kell, különben rossz minőségű, kis teherbírású kötés keletkezik. Erre a célra finom kvarchomokot, vagy bóraxot használnak. Ezeket az anyagokat a csatlakozó felületekre szórják. Az alkatrészek csatlakozó részeit úgy alakítják ki, hogy azok viszonylag nagy felületen érintkezzenek. A 11.10. ábrán az látható, hogy az egyik alkatrész vége ki van hegyezve, a másiké pedig fel van hasítva. Az eljárást főleg díszítő kovácsolási célokra használják, kapukat, kerítéseket, épületrácsokat készítenek ezen a módon.

11.10. ábra - Kovácshegesztés

6. Leolvasztó tompahegesztés Sajtoló hegesztési eljárás, ezen belül az ellenállás hegesztések csoportjába tartozik. A rúd alakú alkatrészek csatlakozó végeit villamos ív segítségével, vékony rétegben, megolvasztják, majd nagy erővel összenyomják. Az ívgyújtás érdekében először összeérintik az alkatrészeket, majd kissé eltávolítják. Az ív keletkezési folyamata azonos a kézi ívhegesztésével. A megolvadt fém kinyomódik a felületek közül, ezért azt általában utólag le kell munkálni. Alkalmas például tengelyek, vasúti sínek összehegesztésére. Drága berendezést igényel.

11.11. ábra - Leolvasztó tompahegesztés

7. Ponthegesztés 104 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Hegesztés

Sajtoló hegesztési eljárás, ezen belül az ellenállás hegesztések csoportjába tartozik. Vékony lemezek összehegesztésére használják. Az átlapolással csatlakoztatott lemezekhez, két oldalról, vörösrézből készült elektródákat nyomnak. A lemezek érintkezésénél, nagy az átmeneti ellenállás, ezért itt azok megolvadnak, összehegednek. A szegecseléshez hasonló kötést kapunk, mivel a hegesztési varrat a lemezeket csak egyes helyeken kapcsolja össze.

11.12. ábra - Ponthegesztés

8. Hegesztési varratok fajtái A hegesztést általában lemezek összekötésére használjuk. Két lemezt különböző módon lehet egymáshoz illeszteni (kötni), ahogy ezt a 11.13. ábra is szemlélteti.

11.13. ábra - Csatlakozó lemezek fontosabb kötési módjai

A hegesztési varratokat két csoportba sorolhatjuk • Tompavarratok (11.14. ábra) A varrat térfogata a (leélezés nélküli) munkadarabok térfogatán belül helyezkedik el. Tompavarratok esetén a 4 mm-nél vastagabb lemezek éleit hegesztés előtt általában le kell élezni, hogy a lemezek teljes keresztmetszetben összehegedjenek.

11.14. ábra - Tompavarratok


Hegesztés

• Sarokvarratok (11.15. ábra) A varrat térfogata a munkadarabok térfogatán kívül helyezkedik el. Leélezést nem igényel. Általában derékszögben csatlakozó felületek találkozásánál alakítjuk ki a hegesztési varratot.

11.15. ábra - Sarokvarratok

Műszaki rajzon a hegesztési varrat alakját és méretét (jellemző keresztmetszeti méret és hosszúság) elő kell írni. Erre szabványos jelölések vannak (MSZ ISO 2553).


12. fejezet - Tengelyek A gépek többségében találhatók forgó alkatrészek. A forgó mozgás úgy valósul meg, hogy az alkatrész egy tengelyhez kapcsolódik. Általában a csapágyazott tengely forog, és vele együtt forog az alkatrész is, de az is lehetséges, hogy a tengely áll a gép vázához képest, és az alkatrész forog a tengelyen. Ez utóbbi esetben a tengely és az alkatrész között van csapágyazott kapcsolat. A tengelyek tehát a hozzájuk csatlakozó alkatrészek forgó mozgását biztosítják. A tengelyek terheket is közvetítenek a gép váza és a forgó alkatrész között, ezért szilárdsági szempontból méretezni kell azokat. Ez azt jelenti, hogy a keresztmetszeti méreteit úgy kell megállapítani, hogy a kiválasztott anyagra megengedhető feszültségnél nagyobb feszültség ne ébredjen a tengelyben.

1. Tengelyek csoportosítása a közvetített csavaró igénybevétel szerint A tengelyek rúd alakú szilárd testek, ezért velük kapcsolatban értelmezhetők a rudaknál megismert különböző igénybevételek. Általában a csavaró és a hajlító igénybevétel mellet a többi igénybevétel (nyírás, húzás-nyomás) hatása elhanyagolható. • Közlő tengely Jellemzően csavaró igénybevételt közvetít. Ezen kívül hajlító igénybevétel is terhelheti. A villanymotor tengelye a közlő tengelyek csoportjába tartozik (12.1. ábra).

12.1. ábra - Villanymotor szíjtárcsával

• Hordozó tengely Csavaró igénybevételt nem közvetít. Jellemzően hajlításra van terhelve. A futókerekek, görgők tengelyei általában ilyenek (12.2. ábra).

12.2. ábra - Futókerék beépítés


Tengelyek

2. Tengelyek csoportosítása alakjuk szerint Alak szerint a következő főbb tengelytípusokat különböztetjük meg: • Lépcsős tengely. • Közlőmű tengely. • Forgattyús tengely. • Bütykös tengely. • Lépcsős tengely (12.3. ábra) A leggyakrabban alkalmazott tengelytípus. Alkalmazásának több előnye is van. • Szerelés szempontjából kedvező. A lépcsőknél található vállak felhasználhatók a csatlakozó alkatrészek ütköztetésére. • Súly szempontjából kedvező. Az anyag elrendezése az igénybevételekhez igazodik. A kis igénybevételű helyeken kevesebb anyag van. • Gyártás szempontjából kedvező. A különböző megmunkálási igényű tengelyszakaszok jól elkülönülnek, mert azokat vállak választják el egymástól. Elegendő mindegyik tengelyszakaszt a szükséges tűrésűre és felületi érdességűre készíteni. A fenti előnyök következménye az, hogy a lépcsős tengely gyártása, alkalmazása általában gazdaságos.

12.3. ábra - Lépcsős tengely


Tengelyek

• Közlőműtengely Hosszú, állandó keresztmetszetű tengely. A tengely végeinél lehet keresztmetszet változás. Ott alkalmazzák, ahol a hajtó és hajtott gép távol van egymástól.

12.4. ábra - Közlőmű tengely alkalmazása

• Forgattyús tengely Ennek a tengelynek vannak olyan szakaszai melyek excentrikusan helyezkednek el a csapágyazott szakaszokhoz képest. Elsősorban forgattyús hajtóművekben alkalmazzák, ahol egyenes vonalú mozgást kell átalakítani forgó mozgássá, vagy fordítva. A belsőégésű motorok főtengelye jellemzően forgattyús tengely. A 12.5. ábrán egy 4 hengeres belsőégésű motor forgattyús tengelye látható. A 12.6. ábra egy négyütemű benzinmotor keresztmetszetét mutatja vázlatosan.

12.5. ábra - Forgattyús tengely


Tengelyek

12.6. ábra - Négyütemű benzinmotor főbb részei

Négyütemű benzinmotorban a dugattyú, két szélső helyzet között, egyenes vonalú mozgást végez. A dugattyú a forgattyús tengelyhez hajtórúd segítségével kapcsolódik, ezért a forgattyús tengely 180°-al elfordul, miközben a dugattyú egyik szélső helyzetből a másikba jut. Ezen mozgás alatt zajlik le egy ütem. Négy egymást követő ütem során más és más jelenség játszódik le egy hengerben, majd a négy ütemű periódus ismétlődik. A 4 ütem a következő: • Szívás A motor benzin-levegő keveréket szív be. Ekkor a dugattyú a szelepektől távolodik (az ábra szerinti helyzetben lefelé mozog), a szívószelep nyitva van, a kipufogószelep zárva. • Sűrítés A szelepek zárnak, a dugattyú felfelé mozog és sűríti a benzin-levegő keveréket. • Munkavégzés A sűrítési ütem befejeződése előtt kevéssel (a felső holtponti helyzet előtt valamivel) a gyertya begyújtja a keveréket. A keverék rövid idő alatt elég és nagy nyomású gáz képződik. Az égés ideje alatt a dugattyú túljut a felső holtponti helyzeten, majd a lefelé mozgó dugattyú munkát végez, és a forgattyús tengely a terhelés ellenében elfordul. Munkavégzés alatt a szelepek zárva vannak. • Kipufogás


Tengelyek

A kipufogószelep nyit, a szívószelep zárva marad. A dugattyú az alsó holtponti helyzetből felfelé mozog és kitolja a hengertérből az égésterméket. Amikor a dugattyú eléri a felső holtponti helyzetet akkor szívó ütem kezdődik, azaz egy újabb működési ciklus veszi kezdetét. Ha a motorban 4 henger van, akkor az egyes hengerek mindig más és más ütemet végeznek. Így mindig van olyan henger, amelyben munkavégzés van, és ez fontos a motor egyenletes működése (forgása) szempontjából. Ha a 12.7. ábrán látható motor 1-es hengere a munkaütem kezdetén van, akkor a 4-es a szívó ütem kezdetén, mert ezen két ütem alatt mozog lefelé a dugattyú. Ekkor a 2-es henger a sűrítési ütem kezdetén van, a 3-as pedig a kipufogó ütem kezdetén. Az utóbbi két ütem során felfelé mozognak a dugattyúk.

12.7. ábra - Négyhengeres belsőégésű motor elemei

• Bütykös tengely A bütykös tengely olyan tengely, melyre alakos tárcsa, vagy tárcsák vannak rögzítve. A forgó tárcsák vezérlő feladatot látnak el, más alkatrészeket meghatározott mozgásra kényszerítenek. Legismertebb alkalmazásuk a négyütemű belsőégésű motorok szelepeinek vezérlése (12.8. ábra). Ezekben a motorokban a bütykös tengelyt vezérmű tengelynek nevezik. A vezérmű tengelyt a forgattyús tengely forgatja meg lánc, vagy fogasszíj hajtás segítségével. A bütykök a szelepeket rugó ellenében elmozdítják, és így nyitják vagy zárják azokat.

12.8. ábra - Vezérmű tengely beépítés


Tengelyek

12.9. ábra - Vezérmű tengelyek


13. fejezet - Tengely-agy kötések A tengelyekkel együtt forgó alkatrészeket (szíjtárcsa, fogaskerék, tengelykapcsoló, stb.) általában oldható módon rögzítik a tengelyhez. Agynak nevezzük a rögzítendő alkatrésznek a tengelyhez közvetlenül kapcsolódó furatos részét. A tengely-agy kötések feladata forgatónyomaték közvetítése a tengely és a hozzá csatlakozó alkatrész között. A kötés működési elvét tekintve két csoportba sorolhatók a tengely-agy kötések: • Alakzáró kötések. A súrlódási erőnek nincs szerepe a nyomaték átvitelében. A nyomatékot az érintkező felületekre merőleges erők közvetítik. • Erőzáró kötések. Nyomatékátvitelhez szükség van súrlódási erőre, annak hiányában nincs nyomaték átvitel. A leggyakoribb tengely-agy kötési módok a következők: • Ékkötés (erőzáró, ha megcsúszik akkor alakzáró). • Reteszkötés (alakzáró). • Bordáskötés (alakzáró). • Szorítókötések (erőzáró). • Szilárd illesztésű kötések (erőzáró). A fentiek közül mi csak az első hárommal foglakozunk röviden.

1. Ékkötés Ékkötésnél egy fémből készült, ék alakú testet feszítünk be a tengely és az agy közé úgy, hogy az ékre, vagy az alkatrészre kalapácsütéseket mérünk. A szabványos ékek lejtése 1%. A kalapáccsal történő szerelés durva szerelési mód, ezért a kötést főleg olyan helyeken alkalmazzák, ahol kicsik a pontossági igények (mezőgazdasági gépek, építőipari gépek). A durva szerelésnek természetesen van előnye is: egyszerű szerszámmal egyszerű a kivitelezés. A tengely és az agy relatív elfordulását a súrlódási erő akadályozza meg, mely az összeszorított felületeken ébred (13.6. ábra). Ha túl nagy az átviendő nyomaték, akkor a súrlódási erő már nem képes azt közvetíteni, ekkor a kötés megcsúszik és reteszkötésként működik tovább. A súrlódási erő nem csak a forgatónyomaték átvitelére alkalmas, hanem megakadályozza az alkatrész tengelyirányú (axiális) elmozdulását is. Ebből következően nincs szükség egyéb axiális biztosításra. Különféle alakú ékek léteznek, a leggyakoribbakat a 13.1. ábra mutatja.

13.1. ábra - Leggyakoribb éktípusok

A 13.1. ábrán látható ékek esetén a tengelybe és az agyba is hornyot kell készíteni. A tengelybe ujjmaróval, vagy tárcsamaróval készítik a hornyot, az agyba pedig vésőgépen, esetleg üregeléssel. Az agyban lévő horony lejtése is 1% (13.3. ábra). A 13.4. ábrán az látható, hogy a beüthető hornyos ék szerelése kétoldali hozzáférést


Tengely-agy kötések

igényel. Ha erre nincs mód, akkor orros éket alkalmaznak, mivel az a beütési oldalról feszítővassal kiszerelhető (13.5. ábra).

13.2. ábra - Fészkes ék horonykialakítása a tengelyben

13.3. ábra - Ékszíjtárcsa ékhoronnyal

13.4. ábra - Beüthető hornyos ék beépítése



13.5. ábra - Orros ék beépítése

A 13.6. ábra egyszerűsítve ábrázolja az ékkötés erőviszonyait, mert a felületen megoszló erőket koncentrált erőkkel helyettesítettük. Az „N” jelű normálerők az ék beütése után alakulnak ki. A normálerők helyén, a nyugalmi súrlódás miatt, S=μN nagyságú súrlódási erő is keletkezhet, ha a tengelyt M nagyságú forgatónyomatékkal meghajtjuk, és a tárcsát ugyanekkora nyomatékkal megterheljük (ellentétes irányú nyomatékok). Állandó szögsebességű forgómozgást feltételezve, a súrlódási erők alkotta erőpár egyensúlyt tart a hajtónyomatékkal, így kiszámolható, hogy mekkora „N” normálerőt kell az ékkel kifejteni, hogy átvihessük az M nagyságú nyomatékot (13.6. ábra, bekeretezett összefüggés). A normálerő nagyságát az ékre kifejtett beütő erő határozza meg.

13.6. ábra - Ékkötés erőviszonyai



• Ékkötés előnyei • Egyszerű és gyors szerelés. • Nem szükséges axiális irányban biztosítani a rögzített tárcsát (nem csúszik le a tengely végéről). • Ékkötés hátrányai • Szereléskor, a kalapácsütések miatt, károsodhatnak a csapágyak és egyéb csatlakozó alkatrészek. • Nagy fordulatszámú tengelyek esetén nem megfelelő, mert az ék befeszítésekor deformálódik az agy és súlypontja eltolódik a centrikus helyzettől. Az excentricitás miatt centrifugális erő lép fel.

2. Reteszkötés Ennél a kötési módnál a tengely és az agy közé tömör, fémből készült, hasáb alakú testet helyezünk, ami az oldalfelületein kialakuló nyomóerők (p palástnyomás) segítségével közvetíti a nyomatékot. A súrlódási erőnek nincs szerepe a kötés működésében. A retesz a tengelyben és az agyban lévő horonyban helyezkedik el (13.7-8. ábra). Az agyat axiális irányban biztosítani kell. A 13.8. ábrán vázolt esetben az axiális biztosítás egy nagyméretű alátéttel, hatlapfejű csavarral és rugós alátéttel van megoldva. A tengely végében axiális irányú, menetes zsákfurat van. A kötés erőviszonyait a 13.9. ábra mutatja.

13.7. ábra - Fészkes retesz és csatlakozó tengelyvég

13.8. ábra - Reteszkötés



13.9. ábra - Reteszkötés erőviszonyai.

3. Bordáskötés A tengelyen bordákat alakítunk ki, melyek az agyban kialakított hornyokba illeszkednek (13.10. ábra). A kötés működési elve megegyezik a reteszkötésével, tehát ez is alakzáró kötési mód. Bonyolultabb, költségesebb konstrukció, mint a reteszkötés. Akkor alkalmazzák, ha olyan nagy nyomatékot kell átvinni, melynek átvitele reteszkötéssel nem gazdaságos. Ez kisméretű tengelyeknél is előfordulhat, mivel ezeknél a reteszhorony jelentősen legyengítheti a tengelyt.

13.10. ábra - Bordáskötés metszetben ábrázolva


14. fejezet - Tengelytömítések A tömítések feladata az, hogy két tér között a közegáramlást megakadályozzák, ha az elválasztó falon bontható kapcsolat van (pl. karimás csőkötés), vagy a falon forgó tengely halad át. Vegyipari berendezéseknél gyakran előfordul, hogy az edény belsejében lévő anyagot keverni kell, és a keverőtengely meghajtását az edényen kívül helyezik el (14.1. ábra). Ekkor a tengely áthalad az edény falán, és így tömítésről kell gondoskodni.

14.1. ábra - Keverős vegyipari készülék

A közegáramlás megakadályozására különféle okok miatt lehet szükség, például: • Anyagveszteség elkerülése. Tömítetlenség miatti anyagveszteség rontja a gyártás gazdaságosságát. • Munkavédelem. Tömítetlenség miatt az emberi egészségre ártalmas anyagok juthatnak a szabadba. • Környezetvédelem. Tömítetlenség miatt a szabadba kerülő anyagok károsíthatják az élő és élettelen környezetet (például levegőszennyezés). • Gépalkatrészek védelme Tömítetlenség miatt por, nedvesség, juthat a gépek belsejébe, és ott károsíthatja az alkatrészeket, például csapágyakat, fogaskerekeket. Azokat a tömítéseket, melyek ezt a problémát kiküszöbölik, védőtömítéseknek nevezzük. A különféle tömítéseket a működési elvük szerint két csoportba sorolhatjuk. • Érintkező tömítések (a tömítés érinti a tengelyt) • Tömszelencés tömítés. • Csúszógyűrűs tömítés.


Tengelytömítések

• Nemezgyűrűs tömítés. • Rugós tömítőgyűrű. • Érintkezés nélküli tömítések (a tengely nem érintkezik szilárd anyaggal) • Labirint tömítés.

1. Tömszelencés tömítés Az edény falát speciális módon alakítjuk ki ott, ahol a tengely áthalad rajta. Ezt a részt tömszelence háznak nevezzük. Lényegében kiszélesítjük és elnyújtjuk a tengely és az edény fala közötti rést, hogy abba négyzet keresztmetszetű tömítőgyűrűket helyezhessünk el (14.2. ábra). Tömítő hatást csak úgy tudunk létrehozni, ha a tömítőgyűrűket összepréseljük. Ezt nyomópersely és csavarok segítségével valósítjuk meg. Az összepréselt tömítőgyűrűk oldalirányban nekifeszülnek a tengely felületének, és megakadályozzák, vagy csökkentik az anyagáramlást (14.3. ábra).

14.2. ábra - Tömszelencés tömítés

14.3. ábra - Tömszelencés tömítés működése


Tengelytömítések

A tömítőgyűrűk felhasított gyűrűk, zsinórból kell levágni a szükséges hosszúságot (14.4-5. ábra). Általában szintetikus szálakból fonással, szövéssel, vagy préseléssel készülnek. Súrlódáscsökkentő anyaggal vannak impregnálva (például grafit, molibdén diszulfid).

14.4. ábra - Levágott tömítőgyűrű

14.5. ábra - Tömítőzsinór


Tengelytömítések

• Tömszelencés tömítés tulajdonságai: • Kis fordulatszámú orsóknál alkalmazzák. A tengely maximális kerületi sebessége körülbelül 25 m/s. Nagyobb fordulatszámok esetén a súrlódás miatt jelentős a hőfejlődés és a tengely kopása, ezért ekkor másfajta tömítést célszerű választani. • Nagy nyomás tömítésére is alkalmas, pmax=500 bar. • Széles hőmérséklet tartományban használható: T=-200…+600 oC. • Kismértékű anyagáramlással számolni kell, ezért gondoskodni kell annak elvezetéséről.

2. Csúszógyűrűs tömítés Ennél a tengelytömítésnél úgy akadályozzuk meg az anyagáramlást, hogy egy álló gyűrűhöz egy olyan gyűrűt nyomunk, mely együtt forog a tengellyel. Az álló és a forgó gyűrű egy körgyűrű alakú felületen érintkezik egymással. Az anyagáramlást az álló gyűrű és a berendezés fala, valamint a forgó gyűrű és a tengely között is meg kell akadályozni, ezért ezeknél a kapcsolatoknál nyugvó (statikus) tömítést alkalmaznak, ami általában Ogyűrű (14.6. ábra).

14.6. ábra - Csúszógyűrűs tömítés elvi felépítése


Tengelytömítések

• Tulajdonságok • Kizárólag forgó tengelyeknélalkalmazzák (szivattyúk, keverőgépek). • Nagy fordulatszámú tengelyek esetén is alkalmazható. A tengely maximális kerületi sebessége körülbelül vmax=100 m/s. • Nagy nyomáskülönbség tömítésére is megfelelő. Maximális nyomáskülönbség körülbelül pmax=500 bar. • Nagy hőmérséklettartományban alkalmazható, T=-200…+1000 oC. • Viszonylag drága, mert sok esetben speciális szerkezeti anyagok szükségesek az agresszív vegyszerek miatt. Az egyik gyűrű általában műszén (önkenő, kis súrlódás és kopás jellemzi, vegyszereknek jól ellenáll), a másik gyűrű acél, korrózióálló acél, szinterfém, kerámia. Az egyes szerkezeti elemeket nagy pontossággal kell megmunkálni és ez is növeli a gyártási költségeket.

3. O-gyűrű O-gyűrűt a csúszógyűrűs tömítésnél is láthattunk. Ott nyugvó tömítésként alkalmazzák, azonban kis fordulatszámú tengelyek, orsók esetén is használható. Ekkor dinamikus tömítésként funkcionál. Egyszerű felépítésű: kör keresztmetszetű zárt gyűrű. Általában a tengelybe készítenek hornyot és abba előfeszítve építik be. Sokféle szerkezeti anyagból gyártják: gumi, viton, teflon, stb. Az anyagválasztást a tömítendő közeg befolyásolja. Nagy nyomáskülönbség tömítésére is alkalmas. Statikus tömítésként ez elérheti az 1000 bart is.

14.7. ábra - O-gyűrű metszeti rajza


Tengelytömítések

14.8. ábra - O-gyűrű, fénykép

4. Radiális tengelytömítés (szimering) Ennél a tömítésnél rugalmas gumi ajkat szorítunk a forgó tengely palástjához. A szorítóerőt vékony huzalból készült, kör alakban meghajlított csavarrugó biztosítja (14.9. ábra). Sokféle kivitel létezik. A fémházas kivitelnél a gumiajak egy vékony lemezből készült gyűrű felületéhez van vulkanizálva. A fémházat be kell sajtolni a gép vázában kialakított furatba. A tömítést a súrlódási erő tartja a helyén. A fémvázas kivitelnél a vékony lemezből készült gyűrű gumiba van beágyazva. A tengely maximális kerületi sebessége körülbelül 15 m/s. Nagy nyomáskülönbség tömítésére nem alkalmas, főleg védőtömítésként használatos.

14.9. ábra - Radiális tengelytömítések


Tengelytömítések


15. fejezet - Csapágyak Forgó gépalkatrészek esetén arra törekszünk, hogy a forgatással szembeni ellenállás, minél kisebb legyen, azaz ezek az alkatrészek minél könnyebben forogjanak. Ellenállás lép fel a csúszási súrlódás és a gördülési ellenállás miatt. Ha egy vízszintes felületen egy hasáb alakú testet meglökünk, akkor az mozgásba jön, de rövid időn belül leáll. A test mozgását az érintkező felületeknél ébredő súrlódási erő fékezi. Ha egy vízszintes felületen egy golyót elgurítunk, akkor idővel az is meg fog állni, annak ellenére, hogy nem csúszik, hanem gördül. Ennek oka az, hogy az érintkező testek anyaga deformálódik és a deformációhoz szükséges munkát a test mozgási energiája fedezi. A gépekben lévő forgó alkatrészek általában rögzített tengely körül forognak (például kerék), vagy az alkatrészhez rögzített tengely forog a gép vázához képest (fogaskerék tengelye). Mindkét esetben hengeres felületek csúsznak el egymáson, ha csapágyat nem alkalmazunk. Ezeknél a hengeres felületeknél általában nem tudunk kis súrlódási tényezőt elérni, ezért önálló gépelemet, csapágyat építünk be az egymáshoz képest elforduló alkatrészek közé. • Csapágyak csoportosítása a működési elvük szerint (15.1. ábra) • Siklócsapágyak. Siklócsapágy esetén továbbra is hengeres felületek csúsznak egymáson, azonban anyagválasztással, megmunkálással, kenéssel, jelentősen csökkenteni lehet a súrlódási tényezőt.

speciális

• Gördülőcsapágyak. Gördülőcsapágy esetén a tengely és az agy közé gördülő elemeket építünk be. Ha az egymáson gördülő elemek nagy keménységűek (azaz kicsi a deformációjuk a terhelés hatására), akkor a gördülési ellenállás is kicsi lesz.

15.1. ábra - Gördülőcsapágy és siklócsapágy

• A csapágyak csoportosítása a terhelhetőségük iránya szerint (15.2. ábra)


Csapágyak

• Csak axiálisan terhelhető csapágyak. • Csak radiálisan terhelhető csapágyak. • Radiálisan és axiálisan is terhelhető csapágyak.

15.2. ábra - Csapágyak terhelhetőségének irányai

• Csapágyak csoportosítása a beállás lehetősége szerint • Merev csapágyak. A csapágyhoz kapcsolódó tengely kismértékben görbülhet meg, ellenkező esetben a csapágy befeszül. A megengedett szögelfordulás általában néhány tized fok. • Beálló csapágyak. A csapágyhoz kapcsolódó tengely jelentősen meggörbülhet, és ekkor sem feszül be a csapágy. A megengedett szögelfordulás általában 2-3 fok.

1. Siklócsapágyak Siklócsapágyaknál a csatlakozó felületek csúsznak egymáson. A súrlódási tényező speciális csapágyanyag választással, finom felületi megmunkálással, kenéssel csökkenthető. Az üzemi körülmények is befolyásolják a súrlódási tényezőt: játék (hézag) nagysága a tengely és az agy között, a tengely fordulatszáma, hőmérséklet. A siklócsapágyak sok esetben egyszerű perselyek (15.1. ábra jobb oldala, 15.2. ábra), amiket a gép vázába kialakított furatba kell besajtolni, azaz a csapágyat a szilárd illesztés tartja a helyén. Vannak bonyolultabb kialakítások is, ahol csapágy és a csapágyház egy konstrukciós egységet alkot, amit a gép vázához kell csavarozni (15.3. ábra).

15.3. ábra - Siklócsapágy csapágyházba építve


Csapágyak

• Siklócsapágyak lehetséges üzemállapotai • Száraz súrlódású üzemállapot. Az egymáson elcsúszó felületek között nincs kenőanyag. Erre az állapotra az a jellemző, hogy a súrlódási erő (ami a mozgást akadályozza) nem függ az érintkező felületek relatív sebességétől és a felületi nyomástól sem. A súrlódási erő és a felületre merőleges nyomóerő kapcsolatát a Coulomb-féle súrlódási törvény fejezi ki. Eszerint a súrlódási erő arányos a felületre merőleges nyomóerővel. E két mennyiség hányadosa a súrlódási tényező, ami függ az anyagpárosítástól is. Acél-acél kapcsolatnál, finoman megmunkált felületek esetén értéke körülbelül 0,14. Kenőanyag jelenléte javítja a súrlódási viszonyokat, azonban vannak olyan technológiák, ahol jelenlétük nem kívánatos. Például élelmiszeriparban, gyógyszeriparban esetleg szennyeznék az alapanyagokat.

15.4. ábra - Száraz súrlódás

• Vegyes súrlódású üzemállapot. Az érintkező felületek között kenőanyag van. A felületek érdességcsúcsai helyenként érintkeznek, máshol kenőanyag választja el azokat. A súrlódási erő függ a csúszási sebességtől és a felületi nyomástól is. Kis fordulatszámú siklócsapágyakra jellemző ez a súrlódási állapot. A súrlódási tényező nagyságrendileg a 0,10,01 tartományban van.

15.5. ábra - Vegyes súrlódás


Csapágyak

• Folyadéksúrlódású üzemállapot. A csatlakozó felületek között nincs fémes érintkezés, azokat kenőanyag választja el egymástól. A súrlódási erő függ a csúszási sebességtől és a felületi nyomástól is. Nagy fordulatszámú siklócsapágyakra jellemző ez a súrlódási állapot. A súrlódási tényező nagyságrendileg 0,01-0,001 tartományban van.

15.6. ábra - Folyadéksúrlódás

A súrlódási tényező és relatív csúszási sebesség kapcsolatát, kenőanyag alkalmazása esetén, egy diagramban szokás ábrázolni, amit Stribeck-diagramnak nevezünk (15.6. ábra). Az ábrán lévő „A” és „B” pontok közötti csúszási sebesség (fordulatszám) esetén vegyes súrlódási állapotról beszélünk. Ha a „B” pontig növeljük a tengely fordulatszámát, akkor csökken a súrlódási tényező. Létezik optimális fordulatszám, mely esetén a súrlódási tényező a legkisebb. A „B” ponton túl növelve a fordulatszámot, nő a súrlódási tényező. Ennek az az oka, hogy a kenőanyag „keverése” egyre több energiát igényel, ahogy nő a fordulatszám. Az ábrán két görbe is látható. Ez azt érzékelteti, hogy nagyobb csapágyterhelés (felületi nyomás) esetén, az optimális fordulatszám is nagyobb.

15.7. ábra - Stribeck-diagram


Csapágyak

• Siklócsapágyak anyaga • Réz alapú ötvözetek. Különféle bronzok: réztartalom 90% körül van és a fő ötvöző nem cink. Pl.: Cu-Sn, Cu-Pb, Cu-Al. Sárgaréz: réztartalom legalább 50%, és a fő ötvöző cink. Vörösötvözet: Cu-Sn-Zn, réztartalom 90% körül van. • Ón alapú ötvözetek. Fehérfém: 80-90% Sn, a többi Cu, Pb, Sb). Vékony rétegben a persely bélelésére használják, mert kis szilárdságú. • Műanyagok. Például poliamid, teflon (bélésként). • Kompozitok. • Szinterfémek. Különböző fémek, grafit, molibdén-diszulfid poraiból (szemcsenagyság 0,01-0,2 mm) keveréket készítenek. Ezt néhány ezer bar nyomással a kívánt alakra sajtolják, majd 1000 °C körüli hőmérsékleten izzítják. A lejátszódó diffúzió révén a szemcsék erősen kötődnek egymáshoz és egy porózus anyag alakul ki (kb. 25% pórustérfogat). A csapágyat 120 °C-on olajjal átitatják. Ez a kenőanyag sokszor a gép teljes élettartamára elegendő.

2. Gördülőcsapágyak 129 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Csapágyak

Ezeknél a csapágyaknál a tengely és az agy közé gördülő elemeket teszünk. A gördülő elemek azonban általában nem közvetlenül érintkeznek a tengellyel és az aggyal, hanem gyűrűk, tárcsák közbeiktatásával. Ennek az az oka, hogy a gördülőelemek számára nagy keménységű futópályákra van szükség, a tengely és az agy pedig általában nem ilyen. • Gördülőelemek típusai Különféle forgástestek alkalmasak gördülőelemnek. A golyó viszonylag kis teherbírású, mert érintkezése a csatlakozó felületekkel pontszerű, és így a terhelés kis felületen oszlik el, ami nagy feszültségeket okoz az anyagban. A többi gördülőelem vonal menti érintkezésű.

15.8. ábra - Gördülőelem típusok

• Egysoros mélyhornyú golyóscsapágy Ez a leggyakoribb és legolcsóbb gördülőcsapágy típus (15.8. ábra). Egyszerű szerkezeti kialakítású, a radiális terhelés mellett axiális terhet is képes közvetíteni, nagy fordulatszámokon is alkalmazható. A 15.8. ábra szerinti beépítésnél a belső gyűrű együtt forog a tengellyel, a külső gyűrű áll. A két gyűrű között golyók gördülnek. A golyókat kosárszerkezet választja el egymástól. Kosárszerkezetre azért van szükség, mert szereléskor a két gyűrű közé csak viszonylag kevés számú golyót lehet elhelyezni, és ezért gondoskodni kell arról, hogy a golyók egyenletesen helyezkedjenek el egy a csapágyban. A kosárszerkezet lemezből sajtolással, vagy műanyagból készül. Merev csapágy, ezért a tengelynél csak kis rugalmas deformáció engedhető meg.

15.9. ábra - Mélyhornyú golyóscsapágy beépítve (balra), önállóan (jobbra)


Csapágyak

• Hengergörgős csapágy Nagy teherbírású gördülőcsapágy. Többféle szerkezeti kialakítása létezik, a legtöbb csak radiális terhelést képes közvetíteni. Merev csapágy.

15.10. ábra - Hengergörgős csapágy

• Kúpgörgős csapágy Radiális terhelés mellett jelentős egyirányú axiális terhelést képes közvetíteni. Általában párosan építik be, hogy mindkét irányú axiális terhet közvetítsék a csapágyak. A csapágy szétszedhető, a külső gyűrű axiálisan elmozdítható. Merev csapágy.

15.11. ábra - Kúpgörgős csapágy


Csapágyak

• Tűgörgős csapágy Szerkezeti felépítése hasonló a hengergörgős csapágyéhoz. A tűgörgők kis átmérőjű, és viszonylag hosszú hengerek. Jellemzően akkor alkalmazzák, ha beépítéskor, radiális irányban kevés hely áll rendelkezésre. Sok esetben, a rendelkezésre álló kis hely miatt, egyik, vagy mindkét gyűrűt elhagyják. Ebben az esetben a görgőkhöz csatlakozó alkatrészek felületét edzeni kell, hogy kellő keménységű futópályák álljanak rendelkezésre. Merev csapágy.

15.12. ábra - Tűgörgős csapágy

15.13. ábra - Tűgörgős csapágyak gyűrűk elhagyásával 132 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Csapágyak

• Kétsoros radiális beálló golyóscsapágy Beálló csapágy, azaz képes elviselni jelentős nagyságú tengely deformációt. A csapágy beállása azért lehetséges, mert a külső gyűrű belső felülete gömb alakú. Hosszú tengelyeknél előnyösen alkalmazható, mivel azok hajlító igénybevétel hatására jelentősen meggörbülnek. Beálló csapágyakat abban az esetben is alkalmaznak, ha a csapágyházhoz csatlakozó szerkezet túlságosan rugalmas, azaz nem elég merev. A beállási lehetőség miatt a csapágy terhelhetősége, azonos méretek mellett, kisebb, mint a mélyhornyú golyóscsapágyé. Kismértékű axiális terhet mindkét irányban képes felvenni.

15.14. ábra - Kétsoros radiális beálló golyóscsapágy

• Egyfelé ható axiális golyóscsapágy Csak egyirányú axiális terhet képes felvenni a csapágy. Ha radiális terhelés is van, akkor azt egy másik csapággyal kell felvenni. Merev csapágy (15.14. ábra).

15.15. ábra - Egyfelé ható axiális golyóscsapágy beépítve


Csapágyak

• Gördülőcsapágyak anyaga A gördülőcsapágyak általában nagy tisztaságú edzhető acélból készülnek. Ezek az acélok kevés ként és foszfort tartalmaznak. Ez azért fontos, mert a szerkezeti elemek jelentős fárasztó terhelésnek vannak kitéve. A szerkezeti elemek nagy keménységét edzéssel érik el. Alkalmaznak átedzhető acélokat (1% C, 1,5% Cr, nagy keresztmetszeteknél Mn, Mo ötvözés), illetve betétedzésű acélokat (0,15% C, Cr-Ni, Cr-Mn). Magas hőmérsékleten (125 oC-felett) hőálló acélokat használnak. Agresszív környezetben üzemelő csapágyakhoz korrózióálló acélt használnak, azonban ezek a csapágyak kisebb terhelést képesek elviselni, mint a gyengén ötvözött acélból készült csapágyak.


Gépelemek és ábrázolás Lisztes, István, Pannon Egyetem

Recommend Documents